基于倏逝場特性的微納光纖器件研究.pdf

1、與電子器件相似，微型化也是光子器件的發(fā)展趨勢之一。微納光子器件通過在波長和亞波長尺度上對(duì)光的操控，實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能。微納光波導(dǎo)是微納光子器件的基本結(jié)構(gòu)單元，是目前光子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。微納光纖是一種典型的微納光波導(dǎo)，因制備簡單、損耗低而受到越來越多的關(guān)注。 微納光纖的突出特點(diǎn)之一是周圍的倏逝場可以很強(qiáng)，本文首先研究了微納光纖的模場特性。本文用氧化硅微納光纖模場的解析解，在線偏振和圓偏振輸入光情況下分別討論了微納光纖內(nèi)部及周

2、圍的電場和能量的分布，以及氧化硅微納光纖的色散特性。兩根微納光纖通過倏逝波耦合可形成微型耦合器，這是研制微納光纖器件非常有用的一個(gè)特性。文中用微擾理論模型從物理上探討了微納光纖間的倏逝波耦合機(jī)理，并通過3D-FDTD方法用數(shù)值計(jì)算實(shí)例分析了微納光纖倏逝波耦合器的特性。 本文的工作以氧化硅微納光纖和玻璃微納光纖的制備方法為基礎(chǔ)，研究重點(diǎn)為基于倏逝場的微納光纖器件，包括共振型和干涉型兩種。共振型器件以微納光纖結(jié)型諧振腔和環(huán)形激光器為

3、代表，其中對(duì)微納光纖環(huán)形激光器的理論建模分析是共振型器件的重點(diǎn)內(nèi)容。基于耦合區(qū)的耦合波方程和激光工作物質(zhì)的速率方程，文中給出了三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)的激射條件、閾值泵浦功率和量子效率的解析表達(dá)式。研究表明，若能實(shí)現(xiàn)泵浦光的諧振，則能大大降低泵浦的閾值功率，增加泵浦吸收，從而增加激光器的量子效率。此外，還研究了泵浦光諧振時(shí)的耦合損耗和微環(huán)直徑對(duì)泵浦閾值和量子效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，采用大吸收截面和高摻雜材料制作微納光纖環(huán)形激光器，可以實(shí)現(xiàn)直

4、徑約幾十微米的低閾值、高效率的微型激光器。這些理論分析對(duì)微納光纖環(huán)形激光器和其他微激光器的制作和特性分析具有一定的指導(dǎo)意義。 在干涉型器件部分，詳細(xì)研究了基于微納光纖耦合器的微型Mach-Zehnder干涉儀的實(shí)驗(yàn)制作過程和光學(xué)特性表征。通過在光學(xué)顯微鏡下的微納操作，我們可以方便地在低折射率襯底上制作不同分束比的耦合器?；?dB耦合器，可以方便的制作氧化硅和玻璃微納光纖Mach-Zehnder干涉儀，器件尺寸在幾十微米到幾百微