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激光与光电子学进展 1974年第8期 1-12页

一、用作相干光放大谐振器的开式结构电磁开式谐振器为人们所知已有较长时间(Thomson 1893),但是,仅在最近它们才能用来在科学与技术的发展中起基本的作用。这是在1958年随着肖洛与汤斯(Schaw-

关键词：光学谐振器本征值相位分布基模开式定义双反射镜特征值矩阵基本模激光模反射镜面功率损耗本征函数特征函数积分方程组

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单光学谐振器感应透明现象的窄带透射峰

光学精密工程 2017年第1期25卷 59-64页

作者：田赫掌蕴东白岩东北林业大学理学院黑龙江哈尔滨150040 哈尔滨工业大学光电子技术研究所与可调谐激光技术国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150080 东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

基于光学谐振器结构的感应透明现象通常是利用双光学谐振器产生的,但由于谐振器间易失谐,因此感应透明现象难以稳定。本文研究利用单光学谐振器实现稳定的感应透明现象,并获得透过率大、带宽窄的透射峰。首先建立单光学谐振器自干涉结构... 详细信息

基于光学谐振器结构的感应透明现象通常是利用双光学谐振器产生的,但由于谐振器间易失谐,因此感应透明现象难以稳定。本文研究利用单光学谐振器实现稳定的感应透明现象,并获得透过率大、带宽窄的透射峰。首先建立单光学谐振器自干涉结构,利用传输矩阵理论讨论该结构的透射谱,研究结构参数对透射谱的影响,实验上,基于理论结果选择适当的结构参数,利用单模光纤制作单光学谐振器自干涉结构,建立实验系统测量结构的透射谱,最后讨论了该结构的应用。实验结果表明:利用基于单光学谐振器感应透明现象可获得带宽很窄的透射峰,峰值透过率为0.62,透射峰带宽为0.54 MHz,透射峰带宽与波导长度乘积为6.48 MHz·m。基于单光学谐振器感应透明现象的窄带透射峰可用于窄带滤波、光学信息处理、高精度光学参量测量及检测等。

关键词：光学谐振器感应透明窄带透射峰光学测量滤波

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金刚石色心调控及光学谐振器的研究进展

固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 93-108页

作者：杨良禾刘金龙屠菊萍郑宇亭牟恋希李灏魏俊俊李成明北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学顺德创新学院广东佛山528399 中电科第三代半导体科技有限公司北京100041

金刚石因其优异的光学特性和色心发射器而被应用于光子器件领域。光学谐振器是一种微纳米光学结构,基于有限模体积内的光-物质相互作用增强,能够将金刚石色心的发射与谐振器的增强效应相结合,有选择性地增强色心的发射,用于在光子电路... 详细信息

金刚石因其优异的光学特性和色心发射器而被应用于光子器件领域。光学谐振器是一种微纳米光学结构,基于有限模体积内的光-物质相互作用增强,能够将金刚石色心的发射与谐振器的增强效应相结合,有选择性地增强色心的发射,用于在光子电路中提供稳定且强度充足的光学信号。近年来,金刚石微纳加工技术的发展推动了金刚石光学谐振器的研究和应用。本文总结了金刚石光学谐振器的研究现状,概述了金刚石的基本性质、合成与加工方法,介绍了金刚石色心的生成以及其与光学谐振器的耦合原理,梳理了三种不同类型的金刚石光学谐振器的研究进展,并对未来金刚石光学谐振器的发展进行了展望。

关键词：金刚石光学谐振器色心微纳加工 Purcell效应

高品质光学谐振器及半导体激光器失效分析研究

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高品质光学谐振器及半导体激光器失效分析研究

作者：孙天宇浙江大学

学位级别：硕士

随着互联网技术不断发展,以及人工智能技术的兴起,通信数据量飞速的增长。为了满足当前高速通信的需求,对光通信中的光电子器件小型化、可靠性以及成本提出越来越高的要求。光学谐振器对谐振光子具有的强限制作用,增强光与物质之间的相... 详细信息

随着互联网技术不断发展,以及人工智能技术的兴起,通信数据量飞速的增长。为了满足当前高速通信的需求,对光通信中的光电子器件小型化、可靠性以及成本提出越来越高的要求。光学谐振器对谐振光子具有的强限制作用,增强光与物质之间的相互作用,可以广泛应用在半导体激光器、光学调制器、光学滤波器等光器件。品质因子是光学谐振器的重要性能指标,提高品质因子将有利于推动光学谐振器应用的性能提升,对整个光通信的发展具有重要意义。因此本文通过优化片上集成光学谐振器结构设计,提高品质因子。同时半导体激光器作为光学谐振器至关重要的应用,其可靠性关系着整个光网络的稳定。为提高半导体激光器可靠性,本文对半导体激光器失效分析展开研究。本文主要的研究成果如下:1)为满足C波段通讯的片上光谐振器对高品质因子需求以及实现低损耗片上光交换网络系统。基于与CMOS兼容的硅基光电子平台中Si和SiN材料平台,本文提出并实验验证一种新型的超低弯曲损耗的优化型贝塞尔弯曲波导结构。在Si平台上实验证实1μm、1.5μm和2μm超小弯曲半径的优化型贝塞尔弯曲波导只有0.117 d B/90°、0.031 d B/90°和0.028 d B/90°的损耗,相比同一弯曲半径的圆弧型弯曲波导分别降低0.25 d B、0.172 d B和0.038 d B的弯曲损耗,相比同一弯曲半径的传统贝塞尔弯曲波导分别降低0.233 d B、0.066 d B和0.001 d B的弯曲损耗。在SiN平台上,实验证实8μm、10μm和12μm弯曲半径的优化型贝塞尔弯曲波导具有1.225 d B/90°、0.525 d B/90°和0.32 d B/90°的损耗,相比同一弯曲半径的圆弧型弯曲波导分别降低0.625 d B、0.775 d B和0.33 d B的弯曲损耗,相比同一弯曲半径的传统贝塞尔弯曲波导分别降低1.25 d B、0.775 d B和0.255 d B的弯曲损耗。优化型贝塞尔弯曲波导结构同时也为其他材料平台的降低弯曲损耗和提高跑道型微环谐振器的品质因子提供了有效途径。2)跑道型微环谐振器具有精确调控耦合系数的优势,且耦合强度对工艺误差不敏感,但是其品质因子不高严重限制其应用。针对这一问题,本文基于优化型贝塞尔弯曲波导构建新型的优化型贝塞尔跑道型微环结构,使得谐振器在芯片面积保持不变的情况下有效提高品质因子。实验证实SiN优化型贝塞尔跑道型微环使20μm弯曲半径的微环的品质因子从1.1×10提高到2×10,使25μm弯曲半径的微环的品质因子从2.6×10提高至5.8×10,同时使30μm弯曲半径的微环从4.8×10提高至3.1×10。推动片上光学谐振器在低损耗滤波器、低驱动电压和高调制效率调制器、高响应度光探测器等应用发展。3)半导体激光器是光学谐振器的典型应用,作为激光产生源,其可靠性是光通信网络的关键所在。为提高半导体激光器可靠性,我们研制用于半导体激光器失效分析的微光显微系统,可对半导体激光器腔面和有源区内部的缺陷进行检测。同时提出一种用于封装后的半导体激光器失效样品制备方案。实验结果显示研发出的微光显微系统可以有效并快速检测激光器的漏电缺陷和暗点缺陷,进一步推动半导体激光器可靠性研究,进而促进高可靠半导体激光器的发展。

关键词：光学谐振器光学微腔半导体激光器失效分析

一种新型基于MIM等离子体环形谐振器的可调谐高性能多信道波分解复用器的设计（英文）

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红外与毫米波学报 2019年第2期38卷 160-164页

作者：张雪伟龚韩韩西北师范大学物理与电子工程学院甘肃兰州730070

设计并研究了基于金属-介质-金属等离子体环形谐振器的可调谐高性能多通道波分解复用器。通过环形腔的谐振理论分析,发现通过调节环形腔的半径和填充介质折射率可以很容易地控制波分复用器的信道波长,与有限元法模拟得到的结果吻合得很... 详细信息

设计并研究了基于金属-介质-金属等离子体环形谐振器的可调谐高性能多通道波分解复用器。通过环形腔的谐振理论分析,发现通过调节环形腔的半径和填充介质折射率可以很容易地控制波分复用器的信道波长,与有限元法模拟得到的结果吻合得很好。由等离子体波导和多个环形谐振器组成的多信道WDM结构增加了在电信波长的传输率,传输率高达80%,比最近文献中报道的结果高出两倍。所设计的多信道波分解复用器在高集成电路中有重要潜在应用。

关键词：表面等离子体解复用器光学谐振器集成光器件

单个回音壁微腔中Fano共振现象的观测（英文）

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光子学报 2019年第11期48卷 212-218页

作者：郭舒婷陈敏诚张宇宏吴柳乐叶明勇林秀敏福建师范大学物理与能源学院福建省量子调控与新能源材料重点实验室福州350117 福建省半导体光电材料及其高效转换器件协同创新中心福建厦门361005

实验研究了香肠状回音壁光学微腔,测量了单个微腔的光学传输谱线.实验结果表明,当从两端拉伸香肠状微腔的时候,观测到的光学模式的共振波长会随着拉伸量的增加而减小,而且不同模式的共振波长减小的速度存在差异.通过拉伸香肠状微腔的方... 详细信息

实验研究了香肠状回音壁光学微腔,测量了单个微腔的光学传输谱线.实验结果表明,当从两端拉伸香肠状微腔的时候,观测到的光学模式的共振波长会随着拉伸量的增加而减小,而且不同模式的共振波长减小的速度存在差异.通过拉伸香肠状微腔的方法,实验观察到了单个香肠状微腔中的Fano共振现象.另外,实验上也观测到了与Fano共振现象相关的类电磁诱导透明现象。实验所涉及到的回音壁模式的品质因子高达108.

关键词：回音壁模式 Fano共振电磁诱导透明光学谐振器传输谱线光纤香肠型微腔

回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔制备与谐振特性分析

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光学学报 2021年第8期41卷 295-302页

作者：王梦宇杨煜吴涛刘彬伏燕军王克逸南昌航空大学无损检测教育部重点实验室江西南昌330063 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密... 详细信息

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密加工系统来制备这种微腔,所制得的微腔形状为回转椭球体,微腔结构边缘表面粗糙度低至1.97 nm。使用光纤锥波导与氟化钙微腔实现了高效耦合,此耦合系统展现了高达~108的超高品质因子Q值和低至约0.03 nm的自由光谱范围。这些结果证明了针对氟化钙微腔的加工手段具有重要意义,将大大促进其应用。氟化钙微腔的特性也证明了它在光学滤波器、腔量子动力学、非线性光学和陀螺仪等应用中的潜力。

关键词：光学器件光学微腔超精密加工光学谐振器回音壁模式

光腔衰荡法测量硅片掺杂特性的仿真和实验研究

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激光与光电子学进展 2023年第1期60卷 190-197页

作者：魏晨阳王谦侯宏录西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

光腔衰荡法对腔内介质吸收有着极高的测量灵敏度,可实现腔损耗的精确测量。本文基于自由载流子吸收理论和谐振腔理论,建立了半导体材料特性测量的光腔衰荡理论模型,推导了腔衰荡信号与半导体材料特性参数和光学谐振腔结构参数间的函数关... 详细信息

光腔衰荡法对腔内介质吸收有着极高的测量灵敏度,可实现腔损耗的精确测量。本文基于自由载流子吸收理论和谐振腔理论,建立了半导体材料特性测量的光腔衰荡理论模型,推导了腔衰荡信号与半导体材料特性参数和光学谐振腔结构参数间的函数关系,并进行了仿真分析和实验验证。仿真结果表明:光腔衰荡法可以实现半导体材料特性的精确测量,如掺杂浓度和电阻率。同时,基于该技术对半导体单晶硅片掺杂浓度和电阻率进行了实验测量,结果分别为(2.65±0.38)×10^(16)cm^(-3)和(0.61±0.07)Ω·cm,说明该方法在半导体材料特性测量中具有很好的应用潜力。

关键词：仪器,测量与计量光学谐振器半导体材料激光器掺杂浓度

基于圆角矩形结构的表面等离子体激元滤波器与光开关

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华南师范大学学报（自然科学版） 2016年第6期48卷 44-49页

作者：梁瑞生易俐璇韦中超易亚军赵瑞通赖根卞振宇华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广州510006

提出并研究基于圆角矩形结构的表面等离子体激元带通滤波器,运用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)对滤波器的透过率特性进行模拟仿真.由于采用圆角矩形结构,滤波器的透过率在带宽不变的情况下被优化.通过改变圆角... 详细信息

提出并研究基于圆角矩形结构的表面等离子体激元带通滤波器,运用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)对滤波器的透过率特性进行模拟仿真.由于采用圆角矩形结构,滤波器的透过率在带宽不变的情况下被优化.通过改变圆角矩形谐振腔的圆角半径以及腔长,可以实现所需要的透过率光谱.在圆角矩形结构基础上提出1×2解复用器,通过将输出端2与谐振腔耦合处的波导增长120 nm,实现了抑制共振模作用.通过在滤波器的圆角矩形谐振腔中注入具有双折射效应的液晶Merck BL009,提出具有波长选择作用的光开关.结果表明,基于圆角矩形结构的等离子体激元滤波器在纳米光学器件中具有很好的应用前景.

关键词：表面等离子体激元表面等离子体激元滤波器光开关光学谐振器集成光器件

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回音壁模式微腔气体传感器的研究

回音壁模式微腔气体传感器的研究

作者：孙博哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

支持回音壁模式(WGM)的微腔谐振器由于具有超高的Q因子和非常小的模式体积而多年被用作高灵敏度传感器,例如,微球,微盘或微环,已经报道了各种各样的应用,即温度和生物化学传感。由于介电材料本身充当微腔,其中光通过连续的全内反射而被... 详细信息

支持回音壁模式(WGM)的微腔谐振器由于具有超高的Q因子和非常小的模式体积而多年被用作高灵敏度传感器,例如,微球,微盘或微环,已经报道了各种各样的应用,即温度和生物化学传感。由于介电材料本身充当微腔,其中光通过连续的全内反射而被束缚。这些器件的光学品质因子大于105,基于WGM的微腔传感器通常提供较高的分辨率,这已被用于单个纳米粒子的检测。近十几年来,一种相对较新的WGM谐振器,即微泡,由一个薄球壳组成,可以支持回音壁模式,与传统的固体WGM谐振器相比,微泡不仅继承了固体谐振器的许多特性,传感还可以发生在结构的内表面,而WGM仍然可以通过倏逝场由外部耦合器(例如锥形光纤)激发。由于其薄壁的结构,光学模式产生强烈的倏逝场,其内表面与外表面相互作用。当微泡的芯内充满适当的流体时,大部分的光学模式会受到周围折射率变化的极大影响。这形成了非常敏感的微流体传感的基础。目前基于光纤测量的二氧化碳(CO2)气体传感器尚存在一些不可避免的缺点,例如,灵敏度低,响应时间太长以及检测范围小等。因此,我们需要探索一种克服以上缺点且结构简单易制造的二氧化碳气体传感器,比如利用WGM微泡和固体聚苯乙烯(PS)微球。在本文中,我们提出了两种不同结构的高灵敏度CO2气体传感器,分别以WGM微泡和PS微球为研究对象。第一种传感器,基于聚合物PHMB涂覆微泡内壁实现高灵敏度CO2气体传感;第二种传感器,基于聚合物材料功能化的PS微球集成于微流芯片的CO2高灵敏度气体传感器;并分别对其进行了实验验证。具体的研究工作可以总结如下两个方面:(1)我们提出了一种基于PHMB涂层的WGM微泡谐振器的CO2气体传感器,并进行了实验验证。首先,我们采用加热加压的方法使用聚焦在微毛细管上的两个反向电弧放电制造微泡;通过填涂和烧结工艺将微泡内壁涂覆一层PHMB;利用显微镜图像与扫描电子显微镜图像(SEM)共同表征WGM微泡;透射光谱通过与锥形光纤耦合得到,观察到典型的WGM谐振,分析了其Q值与FSR的变化规律。然后,基于WGM谐振形成的特点,提出了随着WGM微泡芯的有效折射率的改变,WGM谐振会发生偏移的观点;将不同浓度的CO2注入微泡谐振器中,观察光谱变化。实验结果表明,随着二氧化碳浓度增加,WGM谐振光谱出现蓝移。另外,在200-700ppm的测量范围内获得了0.46 pm/ppm的高灵敏度和良好的线性关系。通过使用COMSOL Multiphysics建立微泡壁内谐振波长的电场分布模拟,改变壁厚,从理论上验证了几乎没有光向内壁表面延伸。最后,将不同浓度的气体注入微泡中,探究传感器的动态响应并准确估计其响应与恢复时间;换用不同类型的气体分别注入微泡验证其选择性;以及相同浓度不同时间段检测,观察其重复性和稳定性。该CO2传感器具有灵敏度高,结构简单,易制造,成本低等优点。通过使用具有更高品质因数和较深消光比的微泡谐振器,优化功能层的厚度,并且优化操作方法调整微泡波导的尺寸以实现光学模式与功能层之间的更强的相互作用。(2)我们将涂覆有PHMB材料的染料掺杂PS微球固定在由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作的微流芯片中,提出了一种新型结构的CO2气体浓度传感器,并进行了实验验证。在实验中,通过显微镜透镜聚焦方法,将脉冲激光通过透镜聚焦到微流芯片表面,穿过芯片激发到微球表面,微球会产生的典型的WGM激光。通过向芯片内注入不同浓度的CO2气体,WGM激光波长会发生实时变化,实验结果结果得到了 7.36 pm/ppm的较高灵敏度(对于模式TE2041)。同时,实验测出了微流二氧化碳气体传感器可逆且重复性优良,在相对较长时间内,灵敏度几乎保持不变。从气体进入通道开始到WGM激光波长发生变化的时间,即为传感器的响应时间,约为25s。实验中的研究可以作为概念的证明,并且可以扩展到更高质量的WGM微腔气体传感领域。

关键词：回音壁模式谐振偏移光学谐振器气体浓度传感器