超高品質(zhì)因數(shù)回音壁模式諧振器研究.pdf

1、回音壁模式是存在于圓形諧振器里面的一類特殊的電磁波諧振模式，依靠在諧振器邊界面上的全內(nèi)反射，其能夠以極小的損耗沿著諧振器的弧形表面?zhèn)鞑??；匾舯谀Ｊ匠叩钠焚|(zhì)因數(shù)，結(jié)合其極低的模式體積，使其被廣泛應(yīng)用在微波光子學(xué)、非線性光學(xué)、量子光學(xué)等眾多領(lǐng)域。論文對超高品質(zhì)因數(shù)回音壁模式諧振器進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，研究工作從回音壁模式在諧振器中的場分布開始，詳細(xì)闡明了回音壁模式在諧振器中的形態(tài)特征，并通過豐富的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，對超高品質(zhì)因數(shù)回音壁模式

2、諧振器的光學(xué)和電學(xué)特性進(jìn)行了全面深入的分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了對回音壁模式諧振器進(jìn)行計(jì)算與分析的保角變換和傳輸線方法。利用這種簡便高效的方法，對不同尺寸的諧振器中回音壁模式的場分布與諧振頻率進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，包括微米級的小尺寸微腔，以及毫米級的大尺寸諧振器。⑵建立了回音壁模式諧振器的二次諧波產(chǎn)生模型。從麥克斯韋方程組出發(fā)，利用回音壁模式諧振器的非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了回音壁模式諧振器中的二次諧波產(chǎn)生的建模與仿真。研

3、究了回音壁模式諧振器中的二次諧波的產(chǎn)生機(jī)理，詳細(xì)分析了基波和二次諧波的自脈沖效應(yīng)，并從理論模型中計(jì)算求得了回音壁模式諧振器中自脈沖效應(yīng)的閾值功率。⑶實(shí)現(xiàn)了超高品質(zhì)因數(shù)回音壁模式光學(xué)諧振器的設(shè)計(jì)和制備，提出了回音壁模式諧振器的制備方法。成功完成了z切和x切鈮酸鋰(LiNbO3)諧振器，氟化鎂(MgF2)諧振器等多種不同類型的回音壁模式碟形諧振器的設(shè)計(jì)和制備。⑷完成了回音壁模式光學(xué)諧振器品質(zhì)因數(shù)的測量，分析了諧振器品質(zhì)因數(shù)的特性。利用線寬法

4、和CRD(cavity ring down)法，完成了多種不同類型的回音壁模式光學(xué)諧振器品質(zhì)因數(shù)的測量。測量結(jié)果表明，z切和x切鈮酸鋰回音壁模式諧振器的品質(zhì)因數(shù)分別為Q=1.2×107和Q=2.7×107，這一超高的品質(zhì)因數(shù)，充分表明了鈮酸鋰回音壁模式諧振器優(yōu)良的光學(xué)性能。此外，分析比較了不同諧振器的品質(zhì)因數(shù)及其測量方法，同時(shí)對諧振器品質(zhì)因數(shù)的損耗機(jī)制及其影響因素進(jìn)行了深入的研究。⑸研究了回音壁模式諧振器的光學(xué)特性。詳細(xì)分析了回音壁模式

5、耦合過程中的眾多因素，包括激光的入射角度、棱鏡與諧振器的耦合距離、入射激光的偏振態(tài)以及回音壁模式的熱效應(yīng)等，研究了它們對諧振器中回音壁模式的作用機(jī)制及影響效果。⑹研究了回音壁模式諧振器的電學(xué)特性。對鈮酸鋰回音壁模式諧振器的電光效應(yīng)，進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)上的研究，揭示了其優(yōu)良的電光特性。分析了回音壁模式諧振器的輻射特性，提出了基于回音壁模式輻射效應(yīng)的射頻軌道角動(dòng)量天線，闡明了從回音壁模式到軌道角動(dòng)量模式的轉(zhuǎn)換機(jī)制，從仿真和實(shí)驗(yàn)上揭示了該天線對