混合表面等離子體波導(dǎo)模式特性分析及微球腔制作研究.pdf

1、20世紀(jì)60年代以來電子集成電路高速發(fā)展，比如目前甚大規(guī)模集成電路能夠集成百萬級的元器件。電子集成電路在朝著體積小，集成度高的方向發(fā)展時候遭遇到一些發(fā)展瓶頸:比如發(fā)熱，高頻信號的延遲等。近些年人們開始研究光子集成電路和光子集成元器件。與電子集成電路相比，光子集成電路有著發(fā)熱少，工作帶寬大，抗干擾能力強等優(yōu)點。而光子集成電路在光波傳導(dǎo)和光源集成方面需要解決器件超小型化問題。在光波傳導(dǎo)方面，由于光子在與之波長等量級的空間中有著明顯的衍射現(xiàn)象

2、，因此克服光的衍射極限才能實現(xiàn)光子元器件的高集成度。人們?yōu)榇搜芯苛斯庾泳w波導(dǎo)和混合表面等離子體波導(dǎo)。在局域模場方面表面等離子體波導(dǎo)更有優(yōu)勢。在光源小型化方面，微米量級的法布里-珀羅諧振腔在技術(shù)上很難實現(xiàn)。而微球腔由于光波在其內(nèi)表面發(fā)生全反射形成回音壁模式，回音壁模式具有模體積小，模場強等特點。這些優(yōu)點為制造體積小，閾值低的微球激光器提供了理論基礎(chǔ)。針對上述問題本文主要開展了混合表面等離子體波導(dǎo)器件設(shè)計和石英微球腔制作等方面的研究。具體

3、有以下幾點：
　?、旁O(shè)計了由納米線硅質(zhì)波導(dǎo)和半圓頂脊形表面等離子體波導(dǎo)組成的混合等離子體波導(dǎo)。通過有限元法對這種波導(dǎo)模的亞波長局域，傳播損耗等特性進行了數(shù)值模擬。在波長為1.55μm的情況下計算得到這種波導(dǎo)能傳導(dǎo)模面積僅為o.00181(λ2/4)，同時保持較遠(yuǎn)傳播距離的模式。這種波導(dǎo)可以應(yīng)用到光集成元器件及光子集成電路中。
　?、蒲芯恳环N由一個嵌入在二氧化硅的橢圓柱金屬波導(dǎo)和位于其正上下方的混合表面等離子體波導(dǎo)。通過改變結(jié)

4、構(gòu)參數(shù)研究其模式特性。其傳播模式是由兩個表面等離子體模式和兩個納米線模式耦合后形成的一種新的模式。這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有效的減小了模式面積。文章對這種結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的模式耦合特點進行了分析，這為研究集成器件中的波導(dǎo)間的耦合問題提供了參考。
　　⑶研究了高Q值的微球腔和用于輸入泵浦光和輸出激光的微納光纖錐的制備和性能測試。其中光纖錐由固定在移動導(dǎo)軌上的單模光纖，在步進電機的控制下和氫氣焰的加熱下制備得到。進一步通過實驗判斷光纖錐的損耗是否滿足要求

5、。在嚴(yán)格的實驗條件控制下，我們制備出直徑為3μm的光纖錐，其損耗僅有0.01dB。這完全滿足我們的實驗要求。在微球腔的制備中本文研究了兩種不同的方法制備微球腔;一種是光纖懸掛重物再通過CO2激光器加熱得到。另外一種是偏截光纖錐法，同樣在CO2激光器加熱得到。我們制備出直徑為30-100μm的微球腔，得到的微球腔球態(tài)均勻，表面光滑，符合微球諧振腔的要求。
　　⑷為了進一步測量微球腔的特性，我們利用寬帶光源，光譜儀和CCD監(jiān)控裝置搭建