消逝场耦合圆柱形微腔中回音壁模式的研究

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本文采用石英圆柱形微腔与锥形光纤通过消逝场耦合的方式,观察到了不同半径的柱形微腔中清晰的回音壁模式,研究了这些回音壁模式的共振位置遵循的规律。当波长可调的一束激光通过一根锥形光纤时,如果在锥形光纤的束腰处放置另一根光纤(圆柱形微腔),可以在锥形光纤的透射光谱中观察到大量锐利的吸收谱线。这些吸收谱线对应于圆柱形微腔中回音壁模式的共振频率,锥形光纤中的光能通过消逝场耦合的方式进入圆柱形微腔的回音壁模式中,从而在锥形光纤的透射光谱中形成了由圆柱形微腔的回音壁模式构成的吸收谱线。显然,这些吸收谱线的位置和线宽为柱形微腔涉及到的现象研究,为柱形微腔应用于生物传感器件及低阈值的微腔激光器研制,提供了大量丰富的实验信息。因而,对消逝波耦合微腔光学现象的研究,是国内外近年来的一个研究热点。本文在此领域的主要研究工作如下:   (1)以石英裸光纤作为圆柱形微腔,采用消逝场耦合方式,在实验上观察到了不同半径的柱形微腔中清晰的WGM模式,耦合效率接近10%;   (2)采用C.C.Lam等人推导球形微腔中WGM位置和间隔的多项式展开方法,获得确定圆柱形微腔中WGM位置和间隔的近似解析公式,用此公式对实验结果进行了模式参数的拟合分析,结果表明,共振峰位置和间隔的实验结果能很好地符合理论计算,共振波长的实验值和标定值间的误差小于0.05nm;   (3)在模式的标定过程中考虑了石英光纤的色散,获得了实验光谱范围(1295~1320 nm)内的色散关系曲线,折射率精度达10-5;   (4)由WGM的场分布计算曲线,我们引入了“模场半径”的统计概念,将WGMs中的光子等效在“模场半径”为Rl,n的圆上绕行,由“模场半径”计算出的模式间隔与实验测量值相符合。
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