无源Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)硫系玻璃微球谐振腔的制备及其光学回廊模式表征

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01μm和57.63μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验,以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22nm和2.60nm,与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.     

石英玻璃微球吸收光谱上的结构共振

通过CO2激光器熔融不同直径的熔锥光纤以得到相应直径的石英玻璃微球,利用此微球和熔锥光纤,构造了球微腔耦合系统。实验中利用光腰直径为3.1μm的熔锥光纤与直径为143.1μm的石英玻璃微球进行耦合,通过最大分辨力为1pm的可调谐半导体激光器对该耦合系统进行光谱扫描,发现石英玻璃微球的吸收光谱中出现分立的结构共振峰。利用光学微球腔理论讨论了石英玻璃微球吸收光谱中的结构共振,并用米氏散射理论公式对一阶TE模共振峰的位置以及它们的间隔进行了计算,共振峰位置实验结果与理论结果的误差仅为0.03%,表明实验与计算结果相符。     

Nd~(3+)掺杂硫系玻璃微球荧光腔量子电动力学增强效应

采用粉料漂浮高温熔融法自制Nd3+掺杂硫系玻璃微球,研究了腔量子电动力学增强效应对稀土掺杂硫系玻璃微球荧光光谱的影响。把直径90.53μm的硫系玻璃微球与锥腰直径1.02μm的石英光纤锥耦合,将808nm抽运激光导入微球,荧光光谱存在分立的共振峰。根据米氏散射理论公式,计算得到TE偏振态下基模的三个共振峰位置,确定了这三个共振峰的模式序数。增强因子η≈1122,这表明微球荧光自发辐射速率增强幅度为1122倍。在基模条件下对原增强因子公式进行近似化简,并利用近似公式进行估算得到η≈1167,误差为4%。     

掺铒磷酸盐玻璃微球吸收光谱上的形貌共振

利用高温熔融冷却法制备了直径为82．4μm的掺铒磷酸盐玻璃微球，并利用熔融拉丝法制备了锥腰直径为2．3μm的熔锥光纤与其进行耦合，发现了掺铒玻璃微球吸收光谱中出现的等间距分布的滤波谱线。利用光学微球腔理论讨论了玻璃微球吸收光谱中的形貌共振现象，计算出该耦合系统的品质因数为1．31×10^4。利用Mie散射理论计算了谱线的吸收峰位置和峰间间距，计算结果与实验结果相符合。最后比较了两种峰间间距算法的优劣。     

808 nm LD激发下高折射率差光纤锥-硫卤微球耦合系统的荧光回廊模

用熔融淬冷法制备了0.5wt.%掺杂Nd3+:75GeS2-15Ga2S3-0CsI(0.5wt.%Nd-GGSI)硫卤玻璃.在此基础上以玻璃粉料漂浮熔融法制备出粒径为50~300μm高折射率(n≈2.1)玻璃微球,并在显微镜下选出表面质量高的硫卤微球用于后续实验.将火焰法拉制出的直径1~2μm间的双锥形石英微纳光纤与硫系微球进行近场耦合.相位匹配条件下测试结果表明光纤锥倏逝场将激发球内径向高阶回音壁模式.实验测量了在808nm LD激光泵浦下直径110μm微球的荧光光谱特性,结果表明:掺Nd3+硫卤微球在输出端1 075nm波段附近产生了等间距分布的荧光回音壁模式的光学谐振,共振峰间隔为1.80nm.实验结果与微球腔回音壁模式谐振的理论模型有较高的符合度.     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-S玻璃微球-石英光纤锥耦合系统的荧光回廊模特性

以熔融淬冷法自制了Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-S硫系玻璃,并以此为基质材料,用漂浮粉料熔融法制备了直径分布为50—200μm的高品质因数(Q10~4)的有源硫系玻璃微球谐振腔.在显微镜下优选出一颗表面质量好、球形度较高、直径为72.84μm的微球,与氢氧焰扫描拉锥法制备的一根腰锥直径为1.93μm的石英光纤锥进行近场耦合.根据基质材料的吸收光谱特性,选用808 nm的半导体激光器作为抽运源.实验测得光纤锥倏逝波场激发出了掺Tm~(3+)硫系玻璃微球在1460 nm附近的荧光回廊模式,其典型共振峰间隔为4.39 nm.实验测得的荧光回廊模式与米氏散射理论计算结果符合度较高(最大误差仅为0.047%),验证了本文提出的掺Tm~(3+)硫系微球制备及耦合工艺的可行性.     

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.     

基于回音壁模式微球腔的PDH稳频技术（英文）

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1.2mm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.     

976 nm激光抽运二氧化硅微球级联拉曼散射激光的研究

利用电极放电产生的电弧高温熔融二氧化硅单锥细纤, 熔融的二氧化硅在表面张力作用下形成表面光滑的微球, 完成高品质因子微球腔的制备. 将976 nm激光通过锥光纤以倏逝场方式高效耦合入微球, 研究具有高能量密度回廊模的微球腔中的三阶非线性现象——受激拉曼散射现象. 在实验中测得了六级级联的拉曼散射激光, 各级拉曼散射激光分别测得单纵模或多纵模; 在抽运光功率不少于582.6 μW时, 测得位于1200 nm附近的拉曼散射激光; 当抽运光功率为3.014 mW时, 测得位于1287.04 nm附近的第六级拉曼散射激光. 关键词： 微球腔 锥光纤 高品质因子 拉曼散射激光     

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...     

Optical microsphere amplification system

We demonstrated a compact optical amplification system using a fiber taper and rare-earth-doped microsphere. Both the signal and pump beams were injected into the microsphere via the fiber taper to increase the spatial matching between two whispering gallery modes. As the pump power was increased, the resonance dip in the transmission spectra due to intrinsic attenuation in the microsphere became filled and then transited to the resonance gain peak. An amplification factor of up to 2.5 was realized with a microsphere of 63 microm in diameter.     

Fiber ring laser for intracavity sensing using a whispering-gallery-mode resonator

Whispering-gallery-mode (WGM) microresonators are used as optical transducers for sensing applications. The typical detection scheme is based on tracking the WGM resonance shift, by scanning with a tunable laser, when a change of the refractive index in the region probed by the WGM takes place. We propose a sensing approach based instead on monitoring the position of the laser line of a fiber ring laser having a WGM microsphere in its loop. We have demonstrated that the induced shift is the same for the ring laser line and for the microsphere resonance. The proposed method requires simpler, cheaper equipment and may also improve the sensor resolution because the ring laser line is much narrower than the microsphere WGM resonance.     

Er3+掺杂硫系玻璃微球在980nm激光泵浦下的荧光特性

采用玻璃粉料高温漂浮熔融法制备了0.9%Er₂S₃（质量分数）：75%GeS₂-15%Ga₂S₃-10%CsI（摩尔分数）硫系玻璃微球,并用熔融拉锥法制备了锥腰直径为2.31 μm的石英光纤锥。将其与直径119 μm的硫系微球进行耦合,在980 nm 激光泵浦下获得了微球中与Er³⁺：⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁对应的1.54 μm处的荧光光谱。分析了微球和块状玻璃荧光光谱差异的原因,并用Mie散射理论公式对微球荧光光谱共振峰间隔进行了计算。共振峰间隔实验结果与理论计算误差最小仅为0.05%,验证了理论分析的正确性。最后,讨论了微球峰值间隔与泵浦功率的关系,排除了泵浦功率对共振峰间隔的影响。     

掺钕微球的受激辐射激光和自受激拉曼散射

采用溶胶-凝胶法在SiO_2微球表面覆盖上一薄层Nd~(3+)掺杂SiO_2,并经电极放电熔融后形成表面光滑的高Q值微球.采用锥光纤将808 nm的抽运激光耦合入钕离子掺杂的高Q值微球形成回廊模,激发产生了1080—1097 nm波段受激辐射激光.由于所产生的激光有足够高的功率密度,在高Q SiO_2微球中激发产生了波长为1120—1143 nm一级自受激拉曼散射激光.推导了锥光纤掺钕微球组合的自受激拉曼散射的输出功率和阈值公式.描述了输出激光的特性:阈值、输出功率、线宽、边模抑制比.     

Depth profiling the whispering gallery modes in TiO2:Eu3+ microspheres using cathode luminescence

The depth-resolved luminescence of whispering gallery modes (WGMs) was studied in TiO2:Eu3+ microsphere using cathode luminescence. As the penetration depth of the electron beam into the microsphere was increased through the control of the accelerating voltage, periodic structures appeared superimposed over the intrinsic transition lines of Eu3+, which were attributable to the cavity enhancement effect of the spontaneous emission by WGM resonance. The calculated radial intensity distribution of the WGM and the penetration depth explained the observed dependence of the WGM structure's visibility on the accelerating voltage.     

Optical microresonator based on hollow sphere with porous wall for chemical sensing

A porous-wall hollow glass microsphere (PW-HGM) was investigated as an optical resonator for chemical vapor sensing. A single mode optical fiber taper was used to interrogate the microresonator. Adsorption of chemical molecules into the nanosized pores induced a refractive index change of the thin wall and thus a shift in its resonance spectrum. The PW-HGM resonator had shown higher vapor detection sensitivity in comparison with a solid microsphere under similar test conditions.