WGM微腔中的光限制與光發(fā)射的研究.pdf

1、光學微腔是一種利用界面上的全反射原理將光限制在微米量級區(qū)域的一種諧振腔。通過全反射的限制,諧振模式的光能夠沿著微腔的邊緣長時間傳播,具有很高的Q值,因而能實現(xiàn)較低的激光閾值。其小尺寸、高品質(zhì)因子的優(yōu)勢,使微腔在作為研究局域效應(yīng)等基本問題的平臺的基礎(chǔ)上,在光互聯(lián)、光通信等實際領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
　　變形微腔是一種從傳統(tǒng)的圓形腔演變而來的新型微腔。由于打破了腔的圓對稱性,腔中光線的運動呈現(xiàn)出有序的穩(wěn)定態(tài)和無序的混沌模式共存的特點

2、。研究表明,大變形度的微腔中,混沌模式的光的方向性出射主要是因其沿非穩(wěn)流形(unstablemanifold)發(fā)生折射的結(jié)果,折射形成了一條有效的泄露通道,但也決定了混沌模式只能有較低的Q值。微腔中具有高Q值的模式是限制在相空間中StableIslands之內(nèi)的穩(wěn)定態(tài),該模式的光受腔的限制作用強,經(jīng)典理論下仍然難以出射。然而,實驗和數(shù)值模擬的結(jié)果表明,由于波動效應(yīng)的存在,兩種模式的光能夠通過動態(tài)隧穿效應(yīng)聯(lián)系起來,實現(xiàn)高Q模式光的方向性發(fā)

3、射。
　　本文主要研究微腔中混沌模式和準周期模式的特點,重點分析了兩者之間的聯(lián)系,即動態(tài)隧穿效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地研究了腔內(nèi)模式耦合對的該效應(yīng)的相干抑制作用。
　　完成的主要工作及結(jié)果有:
　　1、建立了微腔中光線運動的數(shù)學模型,我們將實空間中光的入射角和方位角投影到相空間中,即所謂的龐加萊截面(Poincaresurfaceofsection)。從相空間結(jié)構(gòu)以及開放邊界條件下的殘存幾率,可以簡單地分析和預(yù)測微腔中

4、的波動現(xiàn)象。
　　2、使用基于有限元法(FEM)的商業(yè)軟件COMSOLMultiphysics求解亥姆霍茲方程,我們理論上得到了特定腔形中的諧振頻率、腔內(nèi)模場分布、模式的Q值以及遠場能量分布(FFPs)。實驗結(jié)果與光線模型結(jié)果符合得非常好。
　　3、介紹了變形微腔中的一種量子效應(yīng)—回避諧振交叉,從腔內(nèi)光能量出射分布、模式Q值等方面進行了研究。我們發(fā)現(xiàn),相空間中不同區(qū)域內(nèi)的兩個模式發(fā)生外部耦合時,動態(tài)隧穿幾率將發(fā)生強烈的變化。