回音壁模式光学谐振腔的非线性效应研究

论文摘要

回音壁模式光学谐振腔具有极窄的模式线宽、极高的光子态密度、极强的模式光能量等性质,广泛应用于非线性光学,光电器件,激光器和传感器等研究。本文首先采用波导微环结构,研究了回音壁模式微环中的倍频特性。AlGaAs波导微环三层结构,依次为GaAs/AlxGa1-x-x As/Alo/AlxGa1-x-x As,其厚度为0.36μm、外环半径为6μm。采用形式双折射与角度准相位匹配相结合的方式实现相位匹配,当中心波长为1.68μm,功率为30mW的TE模式光入射时,单波长倍频转换效率达到15%,3dB带宽为1.68nm。其次,通过改变AlGaAs微环中的Al组分x、AlGaAs层厚度d来进一步拓展3dB带宽且提高转换效率;研究表明当AlGaAs微环的Al组分x从0.10.7变化时,在中心波长为1.68μm,功率为30mW的TE模式光入射的情况下,会产生TM模式的倍频光,3dB带宽、倍频转换效率随着x的增加而增加,最宽的带宽可达到33nm,最高的转换效率可达到15.58%;其中在x≥0.4时出现多波长倍频,在1.38μm、1.48μm、1.68μm、1.83μm附近多个波长处实现倍频效应;当AlGaAs微环的AlGaAs层的厚度d发生改变时,倍频效应也会随之发生变化:3dB带宽、倍频转换效率随着d的增加而减小,最窄带宽为0.5nm,在0.7μm≤d≤1μm的范围内为单波长倍频,d≤0.7μm为多波长倍频。同时,本论文采用CO2激光器熔融的方式制备了回音壁模式SiO2微球,微球半径为82μm,仿真模拟了微球腔与锥形光纤耦合的过程,并分析了影响两者耦合的因素。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 回音壁模式光学微腔的种类及加工
•   1.3 回音壁模式光学微腔应用
•   1.4 本章小结
• 第二章 回音壁模式光学微腔的基本特性
•   2.1 回音壁模式光学微腔的模式分析
•     2.1.1 几何光学分析
•     2.1.2 电磁场理论分析
•   2.2 回音壁模式主要特征参数
•     2.2.1 品质因子
•     2.2.2 自由光谱范围及精细度
•     2.2.3 模式体积
•     2.2.4 谐振波长
•   2.3 回音壁模式光学微腔的耦合特性
•     2.3.1 回音壁模式光学微腔耦合方式简介
•     2.3.2 微球腔与锥形光纤耦合方式理论分析
•   2.4 回音壁模式光学微腔仿真方法简介
•   2.5 AlGaAs的材料特性及非线性效应
•     2.5.1 AlGaAs的材料特性
•     2.5.2 AlGaAs中的二阶非线性效应
•     2.5.3 AlGaAs中的相位匹配
•   2.6 本章小结
• 第三章 AlGaAs回音壁模式波导微环倍频研究
•   3.1 形式双折射相位匹配理论
•   3.2 角度准相位匹配
•   3.3 波导微环的倍频产生
•     3.3.1 设计及制备波导微环
•     3.3.2 倍频转换效率数值计算及模拟分析
•     3.3.3 有效模式折射率及影响因素分析
•     3.3.4 不同结构的波导微环倍频效应
•   3.4 本章小结
• 第四章 回音壁模式微球腔制备
•   4.1 制备系统设计
• 2激光器熔融法制备微球腔'>  4.2 CO₂激光器熔融法制备微球腔
•     4.2.1 制备器件介绍
•     4.2.2 制备流程
•     4.2.3 制备结果分析
•   4.3 微球腔与锥形光纤耦合
•     4.3.1 影响回音壁模式微球腔与锥形光纤耦合因素仿真分析
•     4.3.2 微球腔与锥形光纤耦合设计结构
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于思瑶

导师: 蒋建

关键词: 光学谐振腔,回音壁模式,二阶非线性,宽带宽,多波长

来源: 南京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 南京邮电大学

分类号: O437;TN24;TB302

DOI: 10.27251/d.cnki.gnjdc.2019.000911

总页数: 75

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