熔錐耦合型球微腔器件的回廊模實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、回廊模型介質(zhì)微球腔由于其極高的品質(zhì)因素倍受關(guān)注，已成為現(xiàn)代激光和光電子學(xué)領(lǐng)域的新課題。本論文將熔錐光纖與微球作為一個有機(jī)的整體進(jìn)行耦合實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在石英微球腔和摻鉺磷酸鹽微球腔內(nèi)存在明顯的等間距的分立峰。其主要內(nèi)容如下： 首先，本文詳細(xì)介紹了球微腔的應(yīng)用及近年來的發(fā)展。從Mie散射理論出發(fā)得到了球微腔內(nèi)外的電磁場分布，分析了球微腔的有關(guān)特性，對實(shí)驗(yàn)的開展有非常重要的指導(dǎo)意義。 其次，在結(jié)構(gòu)和控制方法上對國外CO2激光熔

2、融拉錐系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，簡化了實(shí)驗(yàn)裝置。分析了影響拉錐過程的主要因素，利用理論計(jì)算的結(jié)果簡化了裝置的控制方法，可以重復(fù)性比較好的制得我們所需要的熔錐光纖。對該拉錐系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，可進(jìn)一步制得球形度比較好的石英微球。 另外，對錐形光纖和微球所組成的耦合系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析。采取弱導(dǎo)近似的方法對熔錐光纖的傳播常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，給出了熔錐光纖錐腰作為球腔激光輸入輸出耦合器件，對于不同直徑球腔在基模傳播匹配時(shí)的錐腰直徑。對熔錐光纖與球微腔耦

3、合系統(tǒng)分別處于強(qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合分別進(jìn)行理論模擬，討論了熔錐光纖與球微腔之間的耦合間距對系統(tǒng)耦合效率的影響。 通過利用CO2激光加工系統(tǒng)制備的石英微球和火焰法制造的錐腰直徑3微米左右的光纖進(jìn)行耦合實(shí)驗(yàn)，利用虛擬儀器(Labview)來控制實(shí)驗(yàn)儀器，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方便的將多種測試功能集成于一體。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)石英微球腔的吸收光譜中存在明顯的分立的結(jié)構(gòu)共振峰。利用光學(xué)微球腔理論討論了石英微球吸收光譜中的結(jié)構(gòu)共振，并用米氏散射

4、理論公式對一階TE模共振峰的位置以及它們的間距進(jìn)行計(jì)算，共振峰位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果的誤差僅為0.03％。 最后利用上海光機(jī)所提供的摻鉺磷酸鹽玻璃，結(jié)合我們的CO2激光加工系統(tǒng)成功制備了直徑從50～200微米的摻鉺磷酸鹽微球。在實(shí)驗(yàn)中我們測量了摻鉺磷酸鹽玻璃的吸收光譜、熒光光譜和熒光壽命，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已給出的摻鉺磷酸鹽玻璃特性數(shù)據(jù)相符。同時(shí)我們利用直徑為82.4微米的摻鉺磷酸鹽微球和錐腰直徑2微米左右的熔錐光纖進(jìn)行耦合實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了