發(fā)布時間：2018-12-13 13:51

【摘要】：近年來,基于光學微腔的回音壁模式(Whispering Gallery mode,WGM)吸引了眾多學者的研究興趣�？烧{(diào)諧的回音壁模式在濾波、光開關(guān)和傳感測量中有著極其重要的價值。本文利用硅基材料良好的熱光效應、自由載粒子吸收和多光子吸收效應,分別以微管和光子晶體光纖作為光學諧振腔,對回音壁模式的諧振頻率和幅度調(diào)諧進行了研究。主要的研究內(nèi)容如下:①采用傳輸矩陣法分析微管諧振腔振蕩頻率的傳輸特性,并利用有限元原理和COMSOL軟件理論仿真微光纖近場耦合激發(fā)諧振腔的回音壁模式,研究了耦合距離和微管壁厚對諧振模式的影響;實驗研究了耦合距離和光波偏振態(tài)對回音壁模式的影響。②采用熔融拉錐技術(shù),利用二氧化硅微管和電熱絲制作可調(diào)諧的回音壁模式電諧振腔,理論推導得知電致熱調(diào)諧可以實現(xiàn)回音壁模式的大范圍調(diào)諧;實驗測試電諧振腔獲得品質(zhì)因數(shù)104數(shù)量級,自由光譜范圍為0.8nm以及信噪比高達4.3d B的回音壁模式;通過對電熱絲通以恒定電流,實現(xiàn)回音壁模式0.57nm的漂移,對應的電流大小為200m A,消耗的電功率約為0.1m W;實驗測試可調(diào)諧電諧振腔作為光開關(guān)時,響應速度在幾百ms數(shù)量級上,理論分析通過減少微管壁厚和增加微管長度可以提高響應速度。③提出利用光子晶體光纖作為光學微腔獲得高Q、少模的回音壁模式。實驗通過六個大孔的光子晶體光纖,獲得Q值為104數(shù)量級的WGM和Fano模式,模式體積較二氧化硅微管少,并利用多光子吸收和自由載粒子吸收效應實現(xiàn)對光學回音壁模式和Fano模式的幅度光調(diào)諧;理論仿真光子晶體光纖作為諧振腔的模場分布,初步解釋光子晶體光纖產(chǎn)生的Fano模式,孔狀結(jié)構(gòu)致使腔體內(nèi)的高階模式被損耗,低階的回音壁模式在腔體外沿發(fā)生模式耦合效應,最終形成Fano回音壁模式。綜上,熱光非線性效應能夠?qū)崿F(xiàn)超大范圍的回音壁模式調(diào)諧,自由載粒子吸收和多光子吸收致使腔內(nèi)損耗增加,諧振模式幅度減少;光子晶體光纖的特殊結(jié)構(gòu)致使Fano回音壁模式的形成。本文所設(shè)計的兩類回音壁模式可調(diào)諧器件在可調(diào)諧激光器、光濾波以及光開關(guān)等領(lǐng)域具有一定的應用價值。
[Abstract]:In recent years, echo wall mode (Whispering Gallery mode,WGM) based on optical microcavity has attracted many scholars' interest. Tunable echo wall mode is of great value in filtering, optical switching and sensing measurement. In this paper, the resonant frequency and amplitude tuning of echo wall mode are studied using microtubules and photonic crystal fibers as optical resonators, respectively, using the good thermo-optical effect, free carrier particle absorption and multi-photon absorption effect of silicon based materials. The main research contents are as follows: 1 Transmission matrix method is used to analyze the transmission characteristics of microtube resonator oscillation frequency, and the echo wall mode of micro-fiber near-field coupling excited resonator is simulated by using finite element theory and COMSOL software theory. The effects of coupling distance and wall thickness of microtubules on the resonant mode are studied. The effects of coupling distance and polarization state of light wave on the mode of echo wall are experimentally studied. 2 the tunable resonator of echo wall mode is fabricated by using silicon dioxide microtubules and electric heating wire. The theoretical derivation shows that electrothermal tuning can realize the large-scale tuning of the echo wall mode. The experimental results show that the quality factor of the resonator is 10 ~ 4 orders of magnitude, the free spectrum range is 0.8nm and the signal-to-noise ratio (SNR) is as high as 4.3 dB. Through the constant current of electric heating wire, the 0.57nm drift of echo wall mode is realized. The corresponding current is 200mA, and the electric power consumed is about 0.1m W; The experimental results show that the response speed of the tunable electric resonator is in the order of several hundred ms when it is used as an optical switch. It is theoretically analyzed that the response speed can be improved by reducing the wall thickness of microtubules and increasing the length of microtubules. 3 it is proposed to use photonic crystal fibers as optical microcavities to obtain high Q and less mode echo wall modes. Six photonic crystal fibers with large holes were used to obtain the WGM and Fano modes with a Q value of 104.The model volume is smaller than that of silica microtubules. The amplitude light tuning of the optical echo wall mode and the Fano mode is realized by using the multiphoton absorption and the free carrier particle absorption effect. The mode field distribution of photonic crystal fiber as resonator is simulated theoretically, and the Fano mode produced by photonic crystal fiber is preliminarily explained. The low order echo wall mode is coupled on the outer edge of the cavity, and the Fano echo wall mode is finally formed. In conclusion, the thermo-optical nonlinear effect can achieve a large range of echo wall mode tuning. The absorption of free-loaded particles and multi-photon absorption results in the increase of loss and the decrease of resonant mode amplitude. The special structure of photonic crystal fiber leads to the formation of Fano echo wall mode. The two kinds of echo-wall tuners designed in this paper have certain application value in tunable lasers, optical filters and optical switches.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙玲慧,魏志義;光子晶體光纖及其應用[J];物理;2004年05期

2 馬東梅;;特種光子晶體光纖的設(shè)計和模擬[J];湖北民族學院學報(自然科學版);2009年03期

3 楊鵬;;高非線性光子晶體光纖的研制[J];光通信技術(shù);2010年01期

4 冀玉領(lǐng);張聰;周桂耀;李曙光;侯藍田;;雙模光子晶體光纖的模間干涉效應[J];激光雜志;2010年01期

5 龍梅;劉子麗;;光子晶體光纖及其研究現(xiàn)狀[J];攀枝花學院學報;2010年03期

6 王棟;陳琰;;光子晶體光纖研究[J];信息技術(shù);2010年10期

7 張?zhí)A藺;鄭風振;劉笑東;;光子晶體光纖的研究現(xiàn)狀及其應用[J];天津科技;2010年06期

8 牛靜霞;李靜;;光子晶體光纖的特性及應用[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2011年08期

9 李書婷;;光子晶體光纖的理論模型研究[J];商洛學院學報;2012年06期

10 李艷秋;;光子晶體光纖的傳輸模式特性[J];光譜實驗室;2013年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 仲琦;張舒怡;錢小石;徐飛;陸延青;;光子晶體光纖中的模式干涉[A];2009年先進光學技術(shù)及其應用研討會論文集（下冊）[C];2009年

2 王智;任國斌;婁淑琴;簡水生;;光子晶體光纖器件研究進展[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

3 崔亮;李小英;趙寧波;;基于光子晶體光纖的頻譜可控關(guān)聯(lián)光子[A];第十四屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2010年

4 姜源源;易麗清;魏泳濤;馮國英;;正方形多芯光子晶體光纖的有限元分析[A];中國計算力學大會'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計算力學學術(shù)會議（SCCM8）論文集[C];2010年

5 劉小龍;張霞;黃永清;鄭龍;王亞苗;任曉敏;;光子晶體光纖表面增強拉曼散射襯底的研究[A];2009年先進光學技術(shù)及其應用研討會論文集（下冊）[C];2009年

6 唐仁杰;;光子晶體光纖制造技術(shù)的最近進展[A];第三屆中國光通信技術(shù)與市場研討會論文集[C];2003年

7 張靚;陳亞孚;呂景文;;光線量子論研究光子晶體光纖的δ勢壘機制[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

8 倪屹;王青;張磊;彭江得;;采用光子晶體光纖進行參量放大的理論模擬[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

9 王則民;田和臣;倪修瓊;;光子晶體光纖[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

10 楊榮昌;周國生;薛文瑞;宋麗軍;;用有限差分法分析方形多孔光子晶體光纖[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前6條

1 陳傳武;光子晶體光纖項目通過驗收[N];中國化工報;2010年

2 記者 楊念明　通訊員 汪紅霞 實習生 羅璇;掌握新一代光纖研制技術(shù)[N];湖北日報;2010年

3 Q醚，

本文編號：2376641