納米線光學(xué)微腔與正方形光學(xué)微腔模式特性研究.pdf

1、本論文對納米線光學(xué)微腔以及正方形光學(xué)微腔進(jìn)行了理論分析、數(shù)值模擬，并且實(shí)驗(yàn)制作了半導(dǎo)體正方形光學(xué)微腔并對其進(jìn)行了光熒光測量和分析。其主要內(nèi)容如下： 首先，詳細(xì)介紹了光學(xué)微腔近幾年的發(fā)展，研究背景以及光學(xué)微腔的應(yīng)用。 其次，詳細(xì)介紹了時(shí)域有限差分方法(FDTD)，包括差分格式的推導(dǎo)、Mur吸收邊界條件與完全金屬匹配層PML條件的運(yùn)用、激發(fā)源的選擇以及數(shù)值穩(wěn)定性等，由于時(shí)域有限差分得到的是時(shí)域的信息，為得到頻域信息，必須把時(shí)

2、域信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)域，所以還介紹了一種基于Baker算法的Padé近似頻譜分析方法。 另外，介紹了柱坐標(biāo)下的時(shí)域有限差分以及Mur吸收邊界條件，然后利用圓柱坐標(biāo)下角量子數(shù)對稱，把三維FDTD算法轉(zhuǎn)換為二維的方法，模擬了不同尺寸下自由納米線微腔以及帶有襯底的納米線微腔。記錄納米腔內(nèi)某幾點(diǎn)電場或磁場的時(shí)域信號(hào)，然后通過Padé近似把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，得到納米腔的譜線，用洛倫茲對曲線進(jìn)行擬和得到不同尺寸，不同結(jié)構(gòu)納米線微腔的模式頻率以及

3、品質(zhì)因子Q值，最后，通過得到的Q值以及納米線模式的群折射率，計(jì)算出納米線不同端面的反射率。結(jié)果表明，在半徑只有六分之一模式波長的納米腔結(jié)構(gòu)中，HE11模式的Q值比TE01和TM01的Q值大的多，但是，TE01模式的Q值隨半徑的增加而飛快的增大。當(dāng)納米腔半徑為模式波長四分之一時(shí)，TE01模式Q值比HE11和TM01模式Q值大的多。假設(shè)整個(gè)納米線都是增益媒體并且有很大的光限制因子，我們能夠預(yù)期，Q值只有幾百或者更低的納米腔，其域值增益與面發(fā)

4、射的異質(zhì)結(jié)激光器差不多。 最后，用二維FDTD方法，模擬了2微米的半導(dǎo)體正方形微腔，并且對腔內(nèi)的模式進(jìn)行了分析，以及跟Marcatili方法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩種方法得到的模式頻率非常接近。用感應(yīng)耦合等離子(ICP)等干法刻蝕設(shè)備，制作了腔長30～150微米，材料為InGaAsP/InP的半導(dǎo)體正方形微腔，在室溫連續(xù)波下，測量了其光熒光譜，并觀察到一系列的共振峰。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這些峰是正方形微腔的FP模式而非基橫模或類WG模式，分