WGM微腔中的光限制與光發(fā)射的研究.pdf

1、光學(xué)微腔是一種利用界面上的全反射原理將光限制在微米量級(jí)區(qū)域的一種諧振腔。通過(guò)全反射的限制,諧振模式的光能夠沿著微腔的邊緣長(zhǎng)時(shí)間傳播,具有很高的Q值,因而能實(shí)現(xiàn)較低的激光閾值。其小尺寸、高品質(zhì)因子的優(yōu)勢(shì),使微腔在作為研究局域效應(yīng)等基本問(wèn)題的平臺(tái)的基礎(chǔ)上,在光互聯(lián)、光通信等實(shí)際領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
　　變形微腔是一種從傳統(tǒng)的圓形腔演變而來(lái)的新型微腔。由于打破了腔的圓對(duì)稱(chēng)性,腔中光線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出有序的穩(wěn)定態(tài)和無(wú)序的混沌模式共存的特點(diǎn)

2、。研究表明,大變形度的微腔中,混沌模式的光的方向性出射主要是因其沿非穩(wěn)流形(unstablemanifold)發(fā)生折射的結(jié)果,折射形成了一條有效的泄露通道,但也決定了混沌模式只能有較低的Q值。微腔中具有高Q值的模式是限制在相空間中StableIslands之內(nèi)的穩(wěn)定態(tài),該模式的光受腔的限制作用強(qiáng),經(jīng)典理論下仍然難以出射。然而,實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果表明,由于波動(dòng)效應(yīng)的存在,兩種模式的光能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)隧穿效應(yīng)聯(lián)系起來(lái),實(shí)現(xiàn)高Q模式光的方向性發(fā)

3、射。
　　本文主要研究微腔中混沌模式和準(zhǔn)周期模式的特點(diǎn),重點(diǎn)分析了兩者之間的聯(lián)系,即動(dòng)態(tài)隧穿效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地研究了腔內(nèi)模式耦合對(duì)的該效應(yīng)的相干抑制作用。
　　完成的主要工作及結(jié)果有:
　　1、建立了微腔中光線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,我們將實(shí)空間中光的入射角和方位角投影到相空間中,即所謂的龐加萊截面(Poincaresurfaceofsection)。從相空間結(jié)構(gòu)以及開(kāi)放邊界條件下的殘存幾率,可以簡(jiǎn)單地分析和預(yù)測(cè)微腔中

4、的波動(dòng)現(xiàn)象。
　　2、使用基于有限元法(FEM)的商業(yè)軟件COMSOLMultiphysics求解亥姆霍茲方程,我們理論上得到了特定腔形中的諧振頻率、腔內(nèi)模場(chǎng)分布、模式的Q值以及遠(yuǎn)場(chǎng)能量分布(FFPs)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光線(xiàn)模型結(jié)果符合得非常好。
　　3、介紹了變形微腔中的一種量子效應(yīng)—回避諧振交叉,從腔內(nèi)光能量出射分布、模式Q值等方面進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn),相空間中不同區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)模式發(fā)生外部耦合時(shí),動(dòng)態(tài)隧穿幾率將發(fā)生強(qiáng)烈的變化。