基于纳米压印的片上聚二甲基硅氧烷微环腔实验研究

论文摘要

回音壁微腔因其具有超高的品质因子、超小的模式体积等优势在传感检测、非线性光学、激光器和量子信息等领域具有潜在的应用价值。其中,片上回音壁微腔因可以实现与其他器件的兼容与集成而受到广泛关注。为了提高片上回音壁微腔的实用化,其制备方式需要满足高效率、低成本和大规模生产等要求。基于此,本文提出一种利用纳米压印技术制作基于氟化镁（MgF2）衬底的聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）微环谐振腔的方法,主要研究内容如下:（1）基于回音壁微环谐振腔的模场特征、波导耦合理论以及回音壁微腔的特征参数等理论基础对PDMS微环谐振腔进行理论分析,并利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）分析耦合间距、微环尺寸对其谐振特性的影响,为PDMS微环谐振腔的尺寸选取和特性研究提供理论指导。（2）提出用纳米压印技术制作片上PDMS微环谐振腔。根据纳米压印技术的工艺过程,设计微环尺寸并将对应的图形转移至硅片模板上,并对配置好的PDMS溶液进行旋涂、压印、固化和脱模等操作。结果表明通过纳米压印技术可以成功地制作出基于MgF2衬底的PDMS微环谐振腔。（3）选用拉锥光纤作为耦合器件,通过透射光谱测试系统研究基于MgF2衬底的PDMS微环谐振腔的谐振特性。实验结果测得,片上PDMS微环谐振腔的品质因子约为104,并且耦合间距和微环尺寸会影响其谐振谱线。同时,对片上PDMS微环谐振腔的温度响应特性进行实验研究,结果表明其谐振波长的变化与温度呈线性关系,对应的温度灵敏度约为-0.29nm/℃。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 回音壁微腔概述
•   1.2 回音壁微腔的材料及加工制备
•   1.3 PDMS回音壁微腔的研究现状
•   1.4 本文的研究意义及主要内容
• 2 回音壁微腔的理论分析
•   2.1 回音壁微腔的模场特征
•   2.2 回音壁微腔的耦合理论
•   2.3 回音壁微腔的特征参数
•     2.3.1 谐振波长和自由光谱范围
•     2.3.2 品质因子
•     2.3.3 模式体积
•   2.4 PDMS微环腔的仿真分析
•   2.5 本章小结
• 3 纳米压印制备片上PDMS微环腔
•   3.1 纳米压印技术简介
•   3.2 模板的设计及制备
•     3.2.1 微环腔的尺寸设计
•     3.2.2 模板的制备过程
•   3.3 片上PDMS微环腔的加工过程
•   3.4 本章小结
• 4 片上PDMS微环腔的光学特性研究
•   4.1 测试系统的搭建
•     4.1.1 拉锥光纤的制备
•     4.1.2 透射谱测试系统装置
•   4.2 片上PDMS微环腔透射谱的实验测试
•   4.3 片上PDMS微环腔的温度响应测试
•   4.4 本章小结
• 5 总结
•   5.1 全文总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
•   A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
•   B.学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈冰洁

导师: 朱涛,黄礼刚

关键词: 回音壁模式,纳米压印技术,片上微环腔,温度响应

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 重庆大学

分类号: O437

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000395

总页数: 75

文件大小: 8674k

下载量: 22