摻有熒光物質的MF微球和TiBa玻璃微球的研究.pdf

1、吸收系數(shù)較小的介電微球(直徑從幾微米到幾百微米之間)是品質因數(shù)很高的光學微腔。這類介電微球能夠對球內的光產生限制效應，并在滿足特定條件時形成光學共振模，稱為回音壁模(whispering gallery modes，WGMs)，展現(xiàn)在光譜中即存在很窄的共振峰，這些峰的位置(波長)依賴于微球的形貌(尺寸、形狀和折射率)。微球腔因其特有的優(yōu)勢在腔量子電動力學、微腔激光器、窄帶濾波器及微型傳感器等領域具有廣闊的應用前景。 本論文首先從

2、Maxwell理論出發(fā)，應用邊界條件，討論了微球腔內電磁本征模的分布以及求解過程，導出其對應的特征方程，計算了WGM共振峰位置的近似公式。同時，根據近似公式的特點，分析了腔模在微球腔內的分布特點，并從散射，吸收，消光系數(shù)這些特征參量的角度研究了微球的形貌共振。 首次用Raman光譜儀測試了含有耐爾藍(NB)和羅丹明(RhB)的三聚氰胺甲醛樹脂(MF)微球的發(fā)光光譜，根據光譜測量數(shù)據對含有熒光染料的有機微球的發(fā)光機理及特性進行了解

3、釋，并闡述了介質微腔對球內熒光的調制機理。 利用相同的測試儀器測量了幾種玻璃微球(包括SiO2、普通TiBa玻璃微球，以及摻雜Er3+的TiBa玻璃微球)的Raman光譜，對不同材料的光譜特征做了分析，發(fā)現(xiàn)在摻雜和未摻雜的TiBa玻璃微球的光譜中均存在共振現(xiàn)象，根據我們推出的峰位近似公式對光譜表現(xiàn)出的形貌共振特性進行了驗證；并與P.Chylek的近似公式進行了比較。 從微球的共振峰位對外界環(huán)境的變化反應靈敏這一特性出發(fā)，

4、推導了共振峰的位移與溫度的依賴關系，提出了一種可用于溫度傳感器的線性模型：基于TiBa玻璃微球的高折射率特征，分別用TiBa玻璃微球與摻稀土Er3+的TiBa玻璃微球作為溫度靈敏度元素，利用中國科學院物理所的實驗設備搭建了簡單可行的測試平臺，使用532nm激光激發(fā)，通過測試變溫狀態(tài)下的共振譜，記錄下微腔的形貌共振對溫度變化的響應過程，研究了微腔的溫度特性。并將我們的模型與實驗數(shù)據相對比，證明所提出的線性模型是正確的。尤其通過對摻雜稀土離

5、子Er3+的玻璃微球進行變溫測量，得到溫度感應的靈敏度約為6 pm/℃，且標準誤差僅為0.0148。 本文嘗試性的探索了微腔的發(fā)光及散射光的形貌共振現(xiàn)象，并提出了將微球腔用于溫度傳感系統(tǒng)的概念。盡管受到技術條件的限制，在此領域應用受到一定影響，但是光學微球諧振腔所具有的高品質因數(shù)等一系列獨特的優(yōu)點，使其在高新技術領域得到了初步的應用。隨著技術水平的不斷提高，光學微球的研究和應用必將會有更快、更大的發(fā)展，在光電技術領域產生重要的作