回音壁模式微球腔制備及其形貌共振特性研究.pdf

1、回音壁模式最早是一種聲學(xué)現(xiàn)象。在光學(xué)領(lǐng)域，這種依賴于尺寸、形狀、材料特性等幾何屬性發(fā)生的腔體共振現(xiàn)象也被稱為形貌共振。球形諧振腔是一種研究較早的微腔，將其應(yīng)用于流場參數(shù)探測領(lǐng)域，能夠適應(yīng)復(fù)雜的流場條件，實現(xiàn)溫度、壓力等參數(shù)的高靈敏度獲取，尺寸小便于安裝且不影響流場本身，可以實現(xiàn)多參數(shù)傳感，同時響應(yīng)迅速，成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)并行分布式探測。本文主要通過對球形諧振腔及其與錐形光纖的耦合系統(tǒng)進(jìn)行探索，實現(xiàn)聚合物微球在單個物理參數(shù)傳感中的應(yīng)用，為

2、“一腔多能”的多參數(shù)傳感奠定基礎(chǔ)。研究內(nèi)容包括：理論分析、模型仿真和實驗三個方面。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了回音壁模式光學(xué)微腔的研究背景和研究意義，對球形微腔及耦合方式的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，確定了本文的研究目標(biāo)。⑵在麥克斯韋方程組的基礎(chǔ)上分析了回音壁微球中的模式分布。介紹了微球腔的幾個重要參數(shù)。最后詳細(xì)分析了微球和錐形光纖的耦合特性。⑶在理論分析的基礎(chǔ)上利用仿真分析軟件COMSOL對球形微腔的回音壁模式進(jìn)行了仿真。由于三維

3、仿真計算量龐大并且耦合十分困難，因此首先介紹了一種將三維模型降為二維模型的方法，同時根據(jù)回音壁的傳播理論可知微球回音壁模式的諧振面與錐形光纖在同一個平面上，由此可以論證在二維空間仿真的可行性。然后對標(biāo)準(zhǔn)微球及形變微球與錐形光纖的耦合過程進(jìn)行了仿真分析。⑷在理論和仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行了微球和錐形光纖的制備，制備了兩種不同結(jié)構(gòu)的微球：一種是聚二甲基硅氧烷微球，一種是以聚二甲基硅氧烷為基底添加羰基鐵粉的磁性微球，制備的微球尺寸在45-200μm之