微盤激光器的模式理論及器件制作研究

1、浙江師范大學(xué)碩士學(xué)位論文s c M D i s s e r t a t i o no f Z h e j i a n g N o r m a lU n i v e r s i t y微盤激光器的模式理論及器件制作研究T H E S T U D Y O FM I C R O D I S K L A S E R S M O D E T H E O R Y A N DD E V I C E F A B R I C A T l 0 N碩士研究生

2、：劉軍M a s t e rD e g r e eC a n d i d a t e ：L i u J u n導(dǎo)師：吳根柱T u t o r ：W u G e n Z h u中國(guó)·盒華·浙江師范大學(xué)Z h 白i a n gN o r m a lU n i v e r s i t y , J i n h u a , C h i n a二零一二年三月M a r c h ，2 0 1 2微盤激光器的模式理論及器件制作研究摘

3、要回音壁型光學(xué)微腔由于其極高的品質(zhì)困數(shù)和超小的模式體積等特性近些年來(lái)倍受人們的廣泛關(guān)注，己成為現(xiàn)代微光學(xué)器件和腔量子電子學(xué)等研究領(lǐng)域的新課題。微腔的表面等離子體波回音壁模式由于其在生物太分子探測(cè)等方面的潛在應(yīng)用，也受到人們的重視，因此將作為本文的重點(diǎn)討論內(nèi)容之一。本文通過(guò)理論模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)微盤激光器進(jìn)行了研究，主要研究工作及結(jié)論如下：首先，設(shè)計(jì)出一種新的以半導(dǎo)體材料為核心結(jié)構(gòu)的金屬一電介質(zhì)約束的微盤激光器，采用有限元法基本思想對(duì)

4、該器件的回音壁模式進(jìn)行理論計(jì)算和分析。該器件以I a G a A s P 材料為核心，在其表面鍍二氧化硅電介質(zhì)膜．再鍍貴金屬金膜構(gòu)成一種復(fù)合式腔體結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)降低了器件的損耗，改善了其參數(shù)特性。采用有限元法求解描述腔體模式分布的弱項(xiàng)形式全矢量亥姆霍茲方程，獲得了該器件回音壁電介質(zhì)光學(xué)模式和表面等離子體波模式的磁場(chǎng)分布：較為詳細(xì)的分析了其品質(zhì)因數(shù)、模式體積等參數(shù)與其各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明，模式指數(shù)與諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)在很大

5、范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系：諧振波長(zhǎng)與有效折射率也在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系；對(duì)于表面等離子體波模式其模式指數(shù)與模式體積呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系，在模指數(shù)M 為6 5 時(shí)對(duì)應(yīng)模式體積極小值為16 ×1 0 。8 m 3 。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果表明該器件的品質(zhì)因數(shù)要比相同尺度下的其他結(jié)構(gòu)的器件的品質(zhì)因數(shù)高2 、3 倍，在1 5 0 0 h m 附近最高達(dá)到5 4 0 0 ，并且具有極小的模式體積，達(dá)1 0 ”m 3 量級(jí)。此外，計(jì)算表明，