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·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。本文通過理論模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩方面對微盤激光器進(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

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：諧振波長與有效折射率也在很寬的波長范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系；對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。此外，計(jì)算表明，