回音壁模式光学微腔制备及色散设计

论文摘要

在光学研究中,光学微腔是一种重要的研究工具,具有广泛的应用。近年来,具有超高品质因子、超小模式体积的回音壁模式（whispering gallery mode,WGM）微腔受到众多学者的广泛关注。回音壁模式是指耦合进微腔的光通过全反射的方式在微腔中传播,当满足相位匹配条件时,产生等频率间隔的谐振模。回音壁模式光学微腔在高灵敏度传感器、超窄线宽滤波器、克尔光频梳等应用中已得到深入研究。本文主要对WGM光学微腔的制备、测试、色散设计、非线性光学应用等方面进行研究,主要进行的工作如下:1.介绍了WGM微腔的相关理论。使用CO2激光器融刻二氧化硅棒形成WGM微棒腔,实验制备了透过率大于90%的锥形光纤,在此基础上,采用锥形光纤近场耦合方式,完成了WGM微棒腔的高效耦合。搭建微腔耦合测试平台,对WGM微棒腔的物理参数特性进行了测试。通过调整激光加工过程中的精细打磨方式,将WGM微棒腔的Q值提升至108量级。2.为将制备完成的微棒腔应用于克尔光频梳的产生,需要一定色散特点的微棒腔,只有在反常色散区才能满足调制不稳定性现象的发生。我们使用COMSOL多物理场仿真微腔模场分布,进而计算得出色散曲线。同时通过实验了解微棒腔的色散情况,验证仿真的正确性。3.搭建实验平台,对WGM微棒腔的非线性光学特性进行了深入测试,观察到了简并四波混频效应、调制不稳定性、交叉相位调制和自相位调制等现象,使用WGM微棒腔最终成功产生带宽40nm的克尔光频梳。此外,利用WGM微棒腔内光子与二氧化硅分子的受激拉曼散射,实验观察到了拉曼散射光。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 WGM微腔的常见类型
•   1.3 WGM微腔的应用
•     1.3.1 非线性光学的应用
•     1.3.2 高灵敏度传感器
•     1.3.3 微腔激光器
•   1.4 回音壁模式微腔基本理论
•     1.4.1 品质因数
•     1.4.2 自由频谱宽度
•     1.4.3 模式体积
•     1.4.4 WGM微腔谐振模式的电磁场分布
•     1.4.5 WGM微腔的耦合方式
•   1.5 本文的主要内容和结构
• 第二章 两种微腔制备及耦合测试分析
•   2.1 锥形微纳光纤的制备
•     2.1.1 锥形光纤特性
•     2.1.2 锥形光纤制备
•     2.1.3 锥形光纤耦合理论
•   2.2 微棒腔的制备
•   2.3 微棒腔的耦合实验
•     2.3.0 微棒腔透过谱特性
•     2.3.1 不同盘状区域厚度的耦合
•     2.3.2 微棒腔与锥形光纤的尺寸匹配
•     2.3.3 偏振对耦合的影响
•     2.3.4 微棒腔中的Ringdown现象
•   2.4 微球腔的制备与测试
•     2.4.1 二氧化硅微球腔的制备
•     2.4.2 微球腔的Q值测算
•   2.5 本章小结
• 第三章 微棒腔的色散设计
•   3.1 微腔的色散理论
•   3.2 微棒腔的COMSOL仿真
•     3.2.1 COMSOL Multiphysics简介
•     3.2.2 微棒腔的色散仿真
•   3.3 微棒腔色散测量
•   3.4 本章小结
• 第四章 WGM微棒腔的非线性光学应用
•   4.1 克尔光频梳
•     4.1.1 克尔效应与调制不稳定性
•     4.1.2 克尔光梳的产生过程
•     4.1.3 微棒腔克尔光梳的产生实验
•   4.2 微棒腔中的拉曼激光
•     4.2.1 受激拉曼散射
•     4.2.2 微棒腔中的受激拉曼激光实验
•   4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
•   5.1 本文总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王博洋

导师: 邱昆

关键词: 回音壁模式,光学微腔,锥形光纤,克尔光频梳

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,物理学,仪器仪表工业,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: O437;TN24;TH74

总页数: 77

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