硅基二维平板光子晶体高Q微腔的制作和光谱测量

利用微加工技术, 在SOI上制作出了高Q值的光子晶体微腔, Q值可以达7×10⁴以上, 为后续的光与物质相互作用和量子信息方面的实验奠定了基础. 实验结果与理论模拟符合得较好. 通过三维时域有限差分法模拟, 得到光子晶体微腔的Q值为1.2×10⁵左右. 关键词： 光子晶体 微腔 微加工     

回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔制备与谐振特性分析

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密加工系统来制备这种微腔,所制得的微腔形状为回转椭球体,微腔结构边缘表面粗糙度低至1.97 nm。使用光纤锥波导与氟化钙微腔实现了高效耦合,此耦合系统展现了高达～10~8的超高品质因子Q值和低至约0.03 nm的自由光谱范围。这些结果证明了针对氟化钙微腔的加工手段具有重要意义,将大大促进其应用。氟化钙微腔的特性也证明了它在光学滤波器、腔量子动力学、非线性光学和陀螺仪等应用中的潜力。     

超高Q值mm级晶体回音壁微腔加工

回音壁微腔具有超高Q值和极小的模式体积,在微波光子系统、非线性光学和量子光学等领域中具有广阔的应用前景。通过分析mm级氟化镁(MgF₂)晶体回音壁微腔的损耗因素,确认了影响回音壁微腔品质因数的主要指标为材料等级和表面粗糙度。设计了mm级MgF₂晶体回音壁微腔的结构形式,使用DUV级MgF₂晶体,如果回音壁微腔表面粗糙度小于0.7 nm,则MgF₂晶体回音壁微腔的极限损耗理论计算值为4.781×10^-11,对应的极限Q值为2.09×10¹⁰。通过对MgF₂晶体回音壁微腔进行粗成型、精密车削、精密抛光,实现了高品质因数的微腔制造。测试结果表明,回音壁微腔的表面粗糙度Ra值为0.669 nm、微观形貌PV值为6.767 nm、品质因数为2.054×10⁹@1 550 nm。     

溶胶-凝胶光学微盘制作及微腔回廊耳语模式研究

采用光聚合溶胶-凝胶材料，通过光刻制备得到直径在15μm-20μm间的光学微盘谐振腔，在掺有若丹明B染料时，用脉冲532nm激光抽运微盘，观察到回廊耳语模式，实验所得峰位与理论值相符。实验所得到微盘谐振腔最大Q值为900。实验表明，基于溶胶-凝胶材料的光刻方法是一种用于制备低阈值微盘激光器的可行方法。     

高Q光学微球腔角速度传感效应验证

根据角速度传感的基本原理,搭建了以高Q光学微球腔为核心敏感部件的角速度传感实验测试系统。实验中通过调制、解调技术得到了光学微球腔的谐振曲线及其相对应的解调曲线,并采用PID反馈控制电路实现了微球腔谐振点的实时跟踪锁定,谐振点锁定精度约为10 kHz。通过对系统提供低、高2组不同的旋转角速度进行实验测试,并对数据进行处理分析,得到系统输出信号幅度的变化趋势与测试转台提供的旋转角速度变化情况相对应的结果。初步验证了高Q光学微球腔的角速度传感效应,为后续深入研究高Q光学微谐振腔角速度传感器件奠定了基础。     

太赫兹波段介质微腔光学特性研究

采用匀胶法制备了厚度在微米量级的 Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂ 多层介质膜反射镜. 采用太赫兹(THz)时域透射光谱系统获得了多层膜的时域透射谱. 用传输矩阵法模拟了Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂ 和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂两种分布式布拉格反射镜 (DBR)的反射相移和相位穿透深度等光学特性. 设计了两种结构为 DBR/LT-GaAs/DBR的对称THz光学微腔结构并模拟了腔结构的辐射光谱. 结果表明:通过引入谐振腔, 两种DBR组成的微腔器件在谐振波长处的强度分别提高了19和14倍. 其中Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂/LT-GaAs (12 μm)/ [TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂腔的辐射光谱存在两个峰, 分别位于208和248 μm, 并分析了出现两个谐振峰的原因. 探讨了通过引入介质谐振腔实现对THz源的辐射特性进行调控的可行性. 关键词： 分布式布拉格反射镜 光子晶体 穿透深度 太赫兹微腔     

外界环境对微球腔品质因数的影响

光学微腔由于其高品质因子(Q)特性具有广泛的应用前景.本文以光学微球腔为例分析了影响Q的各种因素,并通过实验研究分析了光学微球腔所处环境对Q的影响.选用直径约为260 μm的典型微球腔与锥形光纤进行耦合,通过透射谱的变化来反应Q的变化,结果表明,微球腔周围水蒸气的光吸收损耗和粉尘的散射损耗对微球腔的Q影响较大,能够导致...     

GaN光学微盘的显微荧光图像探讨

研制了不同厚度的直径为５－１５μｍ的ＧａＮ光学微盘,并 学微盘的显微荧光图像进行了细致观测和数据值采集。结果表明,在同一个ＧａＮ外延样品上由于厚度的差别,微盘呈现两种不同类型的荧光图像,     

基于回音壁模式微球腔的PDH稳频技术

光学微球腔因其回音壁模式可获得极高的品质因数而受到广泛关注.本文分析了Fabry-Perot腔和微球腔的基本原理,通过CO2激光熔融光纤实验制得了直径为1.2 mm的微球腔,并测试了微球腔和锥形光纤耦合结构的耦合特性.采用典型的PDH稳频系统设计了基于微球腔的稳频系统,分析了用于鉴频的误差曲线的吸收特性和色散特性,对比了不同调制频率、微球腔直径、耦合损耗、传输损耗下与误差曲线斜率的关系.结果表明:耦合状态下最大Q值可达到1.1×108,调节微球腔内横磁模和横电模的转换可优化耦合效率,匹配微球腔和锥形光纤的尺寸得到了径向二阶模式的透射谱,误差曲线效率达到15.4A mW/MHz.球腔在提高PDH稳频技术灵敏度上具有巨大潜力.     

掺Nd3+玻璃微球发射光谱研究

采用粉末喷烧法制备了掺Nd^3 高折射率TiBa玻璃微球,主要成分为TiO2,BaO和SiO2,微球直径在30μm左右。在带有显微镜的光谱仪上,用514nm激光照射微球的边缘,测量了它们的发射光谱,观察到了微球腔效应导致的光谱结构共振。在较低泵浦阈值(2mW)下,获得了Nd^3 的激射发光。利用光学微腔理论讨论了玻璃微球荧光光谱中的形貌共振,实验结果与计算结果相符。     

光学反馈线性腔衰荡光谱技术不确定性

腔衰荡光谱技术是一种高灵敏的腔增强分子吸收光谱测量技术,由于激光频率噪声大,导致激光到腔耦合效率低,严重限制了其对痕量气体的探测灵敏度.光学反馈可以有效压窄半导体激光器的线宽,提高激光到外部谐振腔的耦合效率.本文基于精细度为7800的Fabry-Pérot腔,发展了光学反馈线性腔衰荡光谱技术.首先从光场相位的角度给出了线性腔光学反馈的原理,然后分析了影响测量不确定性的因素,包括光学反馈率、衰荡信号触发阈值、探测器相对透射汇聚光斑位置等.实验结果表明,通过设置低反馈率(3%自由光谱区间)、高衰荡信号触发阈值(90%腔模幅度)以及将光斑聚焦到探测器有效面中心等措施,结合光学反馈效应,可将空腔衰荡时间的相对不确定度提升至0.026%,远优于传统腔衰荡技术获得的典型值.系统在积分时间为180 s时,获得探测灵敏度为1.3×10^–10 cm^–1,对应甲烷的最小可探测吸收体积浓度为0.35×10^–9,从而满足了碳监测的要求.     

多模发射的单层有机光学微腔

研究了有机发光材料在Ｆ－Ｐ微腔中的发光特性,有机光学微腔以多层介质膜和金属铝（Ａｌ）分别作为反射镜,８－羟基喹啉铝（Ａｌｑ）为发光材料,在微腔的光致光谱中观察到了多个模式以及明显的谱线窄化现象,发射光谱的主要特征和Ｆ－Ｐ微腔的谐振模式相同。     

利用钟跃迁谱线测量超稳光学参考腔的零温漂点

在87Sr光晶格钟实验系统中,通过将自由运转的698 nm激光频率锁定在由超低膨胀系数的玻璃材料构成的超稳光学参考腔上,从而获得短期频率稳定性较好的超稳窄线宽激光.超稳光学参考腔的腔长稳定性决定了最终激光频率的稳定度.为了降低腔长对温度的敏感性,使激光频率具有更好的稳定度和更小的频率漂移,利用锶原子光晶格钟的钟跃迁谱线,测量了698 nm超稳窄线宽激光系统中超稳光学参考腔的零温漂点.通过对钟跃迁谱线中心频率随温度的变化曲线进行二阶多项式拟合,得到698 nm超稳窄线宽激光系统的零温漂点为30.63℃.利用锶原子光晶格钟的闭环锁定,测得零温漂点处698 nm超稳窄线宽激光系统的线性频率漂移率为0.15 Hz/s,频率不稳定度为1.6×10^–15@3.744 s.     

微盘腔垂直耦合器特性的拓展分析

利用垂直于微盘腔边界的波导与腔耦合是一种新开发的耦合技术. 采用有限元数值模拟方法对垂直耦合器的腔尺寸适应性、波长适应性和端口扩展性做出详细分析. 结果证实: 垂直耦合器在大尺寸腔中或者多个波段均有效; 并且多个垂直耦合器可以和同一盘腔交换能量, 实现滤波、分束、光路交叉的功能. 垂直耦合器在以微腔为元件的集成光路中的应用将使材料选取和光路排布更为灵活. 关键词： 微纳光学 微腔 回音壁模式 垂直耦合器     

非晶碳化硅材料与光学微腔的制备与发光

利用等离子体化学气相沉积技术在100℃的衬底温度下,制备了具有不同组分比的系列非晶碳化硅薄膜。结合傅里叶变换红外光谱与喇曼光谱对所制备的薄膜微结构进行了表征与分析,同时,对具有不同组分比的非晶碳化硅薄膜室温光致发光性质进行了系统的研究。结果表明在Ar⁺离子激光和Xe灯紫外光的激发下,不同组分的样品显示出不同的光致发光特性,并对样品的发光特性与其微结构的联系进行了讨论。在此基础上,用碳化硅薄膜设计和制备了全固体光学微腔,研究了微腔对碳化硅发光行为的调制作用。     

飞秒激光刻蚀V型光纤微腔及其干涉谱特性

实验发现飞秒激光单步刻蚀的光纤微腔两个反射壁与纤芯轴向并不完全垂直,微腔形状与飞秒激光经显微物镜聚焦后的焦点相对于光纤的位置有关.当激光经显微物镜聚焦于光纤侧表面时,刻蚀的微腔形状近似V型.与常规的光纤法布里-珀罗(F-P)腔相比,V型光纤微腔干涉谱出现了自由光谱范围、微腔光损耗以及干涉条纹对比度与波长有关等反常现象....     

有机薄膜电致发光器件的光学微腔效应

制备了以铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）透明导电膜为阳极的有机薄膜电致发光微腔器件，研究了垂直的光学法布里－珀罗微共振腔对有机器件的自发发射的微腔效应，发出了光谱窄化、发光强度增加及发射的角度依赖关系等现象。具有微腔结构的器件发射谱将高宽只有１４display status     

耦合微盘及带输出波导的单微盘腔的耦合模式特性

光学微腔具有很高的品质因子和很小的模式体积,在光电子器件研究方面具有重要的应用价值.运用时域有限差分(FDTD)法和Padé近似频谱分析法模拟研究了耦合微盘及带输出波导的单微盘微腔由于空间对称性破坏导致的模式耦合现象;特别计算了耦合模式的场分布和品质因子,并由场分布得出不同角量子数模式的能量比例.对耦合微盘,模式耦合引...     

光学微球腔及其应用

光学微球腔因其极高的品质因和极小的模式体积，在非线性光学、腔体量子电动力学以及窄带光学滤波、高灵敏度运动传感器、极低阈值激光器等许多研究与应用领域具有广泛的应用前景。文章对光学微球腔的谐振原理、特点、耦合、制备和应用进行了综述。     

磷酸盐玻璃微球的制备

采用粉末飘浮法制备了磷酸盐玻璃微球。通过使用差热分析仪,X射线衍射仪,扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪对所制备的磷酸盐玻璃微球的性能进行表征。研究结果表明:磷酸盐玻璃微球的玻璃转化温度和析晶温度为580℃和930℃,主晶相为Mg3(PO4)2,直径约为5μm。所制备的磷酸盐玻璃微球可以用于光学微腔的研究。