光学微腔

摘要： 光学微腔的共振耦合在微纳米器件领域非常重要。本文设计的是干形谐振腔和总线波导组成的微纳米结构,其运用时域有限差分法(FDTD)进行模拟计算,分析改变谐振腔与总线波导的耦合间距、谐振腔各支节的长度、腔内介质的折射率时的共振特性以及传感特性,同时还利用耦合模理论和驻波理论验证干形谐振腔和总线波导耦合现象的正确性。优化结构参数,得到结构的最大灵敏度为1444.5 nm/RIU,品质因素最大为68.78,在谐振腔内添加温敏材料,该结构可用于温度传感。最后,在总线波导同侧再添加一个干形结构形成干形腔的级联,出现类电磁感应透明现象,在慢光方面具有重要的应用。本文设计的干形谐振腔可为以后传感器提高灵敏度提供一定的价值参考。

摘要： 随着电子器件小型化需求的不断提升,微电子技术的发展受到限制。相对而言,微纳尺度上光学现象及微纳光电子器件的研究起步较晚,但随着光子学与微纳加工技术的发展,微纳光子学逐渐兴起且受到越来越多的关注。微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其在光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用,包括微纳光子学理论、微纳光纤及纳米光波导、光学微腔及应用、硅基光子学、微纳光子学器件等。

摘要： 微纳尺度的微腔激光器具有高品质因素、低阈值、高灵敏度、易集成、低功耗以及灵活调谐等优点,被广泛应用于生物痕量感知、医疗靶向检测、集成光源标记和光流体传感领域。随着谐振腔纳米工艺的完善和高效率增益介质的突破,基于微结构光纤的微腔激光器成为相关研究聚焦的热点,并逐渐应用于生物科学和医疗监测研究。回顾了近二十年以来国内外研究者在微腔激光技术尤其是基于微结构光纤的微腔激光器方面的研究进展,分析微结构光纤内嵌谐振微腔与纳米增益介质材料的改进与提升,总结了光纤微腔激光器的技术特点优势并对此领域未来研究的方向提出了展望。

摘要： 有机电致发光器件的发光颜色与色纯度在很大程度上受限于有机材料本身特性,而通过光学微腔效应可以从器件结构的改变来进行色纯度的调节。本文介绍了一种通过调节有机结构中空穴传输层和电子阻挡层厚度,从而改变器件微腔腔长,获得高纯度顶发射单色发光器件的方法。利用这种方法制作的有机顶发射绿色磷光器件结构为Si Substrate/Ag/ITO/NPB:F16CuPc(10 nm,3%)/NPB(x nm)/TCTA(y nm)/mCP:Ir(ppy)3(40 nm,6%)/Bphen:Liq(30 nm,40%)/Mg:Ag(12 nm,10%)/Alq3(35 nm),改变NPB和TCTA的厚度,获得了高色纯度发光器件,正向出射绿光的色坐标达到(0.2092,0.7167),接近标准绿光(0.21,0.71)。

摘要： 晶体材料具有高透明度、低缺陷损耗和不易被水蒸气污染等优点,用其制备的回音壁微腔具有超高的光学品质因子,在超高精度传感、非线性光学、光电子学等领域具有重要的应用前景.基于此,搭建了基于超稳定气浮转动的单点金刚石切削及抛光系统,通过高精度三维位移台控制,可实现多种侧面结构的高精度加工.锥形光纤与棱镜耦合倏逝波测试表明,氟化钙晶体谐振腔负载Q超过10^(9),本征Q_(0)值为3.74×10^(9),相对应的表面粗糙为0.334 nm,棱镜耦合稳定封装后仍可保持Q在10^(8)以上.

摘要： 在考虑光学微腔中高阶色散效应的情况下,以耦合非线性薛定谔方程为理论模型,研究了高阶色散作用下双耦合微腔内克尔光频梳的稳定性和非线性动力学,并讨论了各阶色散参数对腔内光场演化和光谱特性的影响.理论分析结果表明,三阶色散的加入使得参量空间的稳定域扩大,周期性变化的呼吸孤子态和混沌态转变为稳定的亮孤子态.此外,各高阶色散项及其组合对光频梳的光谱特性包括最大失谐、腔内脉冲峰值功率、色散波频谱位置等有显著影响.具体地,三阶色散和正四阶色散能够展宽光谱,增强色散波;而负四阶色散抑制色散波产生,得到对称的孤子频率梳;五阶色散可以调控光孤子的漂移方向和速度.理论研究结果对于双耦合微腔实验中的色散调控及设计、稳定性研究具有重要价值.

摘要： 微纳激光器能够将器件的物理尺寸缩小至微米甚至纳米级别,在集成光路和纳米技术等科技前沿领域有巨大的应用前景。在众多材料中,稀土离子掺杂激光增益微纳材料具有制备成本低、环境稳定性好、光谱丰富(紫外‑中红外)等独特优点,是一种理想的激光增益微纳材料。近年来,各种设计巧妙的稀土离子掺杂激光增益微纳材料的涌现,以及新型微纳光学谐振腔的设计和制造,大大促进了新兴稀土离子掺杂微纳激光器的发展。本文将从微纳激光器的基本组成出发,简要介绍新型稀土离子掺杂激光增益微纳材料的设计与制备,以及微纳光学谐振腔的基本原理;然后综述近期出现的具有代表性的稀土离子掺杂微纳激光器,讨论其制备工艺及激光性能。

摘要： 光学微腔中高阶色散会对腔内的图灵环光场产生重要的影响,基于Lugiato-Lefever方程,采用分步傅立叶法对方程求解,分析光场在腔内的演化过程。研究发现,微腔中的奇次高阶色散会导致图灵环光场以恒定的速度发生时间漂移,色散系数的正负会导致漂移方向不同,且色散值越大,漂移速度也越大;偶次高阶色散不会对腔中的图灵光场产生影响。此外,高阶色散会引起图灵光场中的高阶模式产生较强的色散波。

摘要： 特征长度位于纳米至微米级尺度的三维(3D)微结构具有丰富而独特的性质与功能,成为了下一代微纳器件的重要组成部分。本文实现了通过应力工程将具有百纳米级厚度的纳米晶金刚石纳米薄膜卷曲构筑成微管、微环、微锯齿条带以及微弹簧等复杂三维微结构,观测到乙醇表面张力诱导金刚石纳米薄膜脱附衬底的现象。并且,本文研究了金刚石自卷曲微管的回音壁模式光谱特性及色心的腔耦合增强特性,通过精细结构设计实现了高阶谐振模式的有效调控。

摘要： 为提高生化传感器的性能指标,以光学环形谐振腔为载体,研制了一种新型环形谐振腔生化传感器.介绍了环形谐振腔结构参数,应用时域有限差分法(FDTD),对环形谐振腔进行了系统的光学特性仿真并对环形谐振腔的结构进行了优化,验证了谐振腔对折射率的敏感度;运用电路设计软件(L-Edit)搭建了环形生化传感器的结构,并进行了环形谐振腔仿真模型的搭建.通过仿真优化和敏感性验证,证实优化后的器件灵敏度有一定的提升.采用谐振腔耦合单元构建的生化传感器可用于检测空气中、液体中的生物浓度和微生物反应等信息,适用于对生化特种的快速检测,具有广泛的应用前景.

摘要： 本文初步介绍了近年来在铁电光学微腔构筑与性能表征方面的研究进展.基于相分离原理，利用单一化学溶液制备的铁电布拉格反射镜和光学微腔不仅具有良好的铁电性能，同时还拥有优良的光学性能，无论是单模还是耦合光学微腔，其品质因子均大于60，可与传统半导体微腔的性能相比拟.通过改变缺陷层的厚度以及失配度的方法，实现了对光学谐振腔频率和强度的调控.

摘要： 光学微腔具有很高的品质因子和很小的模式体积，在半导体激光器和其它光电子器件方面都有重要应用。论文运用时域有限差分（FDTD）法和基于Baker算法的Padé近似法数值模拟了单微盘、由两个微盘构成的耦合微盘的回音壁模式特性，包括场分布、品质因子和波长等；着重分析了耦合微盘的场分布呈不同对称性时，模式特性随两个微盘间隙的变化情况。计算结果表明，当间隙趋于零时，场分布关于Y轴反对称的模式比关于Y轴对称的模式具有较小的波长和较大的品质因子；场分布关于Y轴对称时，一阶模和二阶模出现交叉耦合现象并导致一阶模品质因子的下降。

摘要： 高Q 值的光学微腔，近年来受到广泛的关注。由于其极高的品质因素和WGM 模式，被广泛的应用于低阈值激光，微腔量子动力学，微腔生化传感器等领域。本文采用MEMS 工艺制备平面微盘腔，然后再通过二氧化碳激光熔融其表面形成为环状结构。并且通过三维形貌微系统分析仪，原子力显微镜分别测试了其外部尺寸和表面粗超度。最后通过锥形光纤近场耦合测得微腔品质因素为4.8*105,耦合效率在95%以上。实验结果表明通过激光回流微的方式得到了新的结构的同时，保证了光腔的性能。

摘要： 光学微腔因为其优良的光学特性和广泛的应用前景而倍受关注.本文介绍了中北大学微米纳米中心对微腔的研究进展,在对微腔回音廊模式和Q 值进行理论计算分析的基础上,对微腔的加工及性能检测进行具体的实验探索后,结合Ansys、BeamPROP等仿真软件,提出了若干切实可行的基于光学微腔的应用方案.

摘要： 使用时域有限差分法对近场耦合状态下的光学微腔进行了计算.系统地研究了微腔中不同阶径向模式的各方面性能的差异.并在此基础上讨论了通过改变耦合参数,选择性增强特定模式的途径.研究了数种非均匀介质微腔的性能改变,指出选择性增强特定模式,可以通过以下两类方法:一是对于均匀介质分布的微腔,通过改变耦合参数来改变倏逝波场的场强和相位分布,例如改变入射波的入射角,改变耦合间距.二是通过区域性改变微腔的折射率分布来改变微腔的倏逝波场的场强和相位分布,如折射率改变(△n)折射率梯度(dn/dr).探讨选择性抑制高阶模形成改善微腔性能的途径.使得基模获得更高能量密度,和更低的模式体积为研究原子或离子与微腔的相互作用提供更好的环境.

摘要： 利用介质膜反射镜,在光泵浦有机小分子薄膜微腔的研究中,观察到了谱线窄化、峰值强度增强、方向性集中于腔轴、控制发射波长和荧光寿命的缩短等一系列腔效应.其中用软膜反射镜,消除了镀制过程中热辐射对有机发光材料的影响,谱线半宽最窄达3.4nm,窄化了25倍,峰值强度最大增强了16倍.

摘要： 利用介质膜反射镜,在光泵浦有机小分子薄膜微腔的研究中,观察到了谱线窄化、峰值强度增强、方向性集中于腔轴、控制发射波长和荧光寿命的缩短等一系列腔效应.其中用软膜反射镜,消除了镀制过程中热辐射对有机发光材料的影响,谱线半宽最窄达3.4nm,窄化了25倍,峰值强度最大增强了16倍.

摘要： 利用介质膜反射镜,在光泵浦有机小分子薄膜微腔的研究中,观察到了谱线窄化、峰值强度增强、方向性集中于腔轴、控制发射波长和荧光寿命的缩短等一系列腔效应.其中用软膜反射镜,消除了镀制过程中热辐射对有机发光材料的影响,谱线半宽最窄达3.4nm,窄化了25倍,峰值强度最大增强了16倍.

摘要： 利用介质膜反射镜,在光泵浦有机小分子薄膜微腔的研究中,观察到了谱线窄化、峰值强度增强、方向性集中于腔轴、控制发射波长和荧光寿命的缩短等一系列腔效应.其中用软膜反射镜,消除了镀制过程中热辐射对有机发光材料的影响,谱线半宽最窄达3.4nm,窄化了25倍,峰值强度最大增强了16倍.

摘要： 本文报道采用BCB键合技术研制混合集成AlGaInAs/InP/Si激光器和多波长激光器列阵:研制出16波长微盘激光器列阵和8波长微环激光器列阵从单一Si波导输出,激光器芯片到CMOS工艺加工的SOI硅光波导芯片上;通过采用圆环内部的n面电极而且完全刻蚀圆环外的欧姆接触层以提高模式Q值,并通过微环结构全覆盖p电极层提高散热效率,实现半径30μm条宽3μm的微环激光器55°C以上连续电注入激射;提出一种局域变形的圆环微腔激光器,实现了微环腔中近单向传播的模式选择性,避免了顺时针和逆时针方向传播模式竞争造成的单向输出功率涨落,实现了硅波导中单一方向稳定输出.

摘要： 本发明的外延光栅FP腔与微环谐振腔级联型光学生化传感芯片，包括依次层叠键合的硅基层、二氧化硅层和单晶硅层构成的SOI基体，SOI基体的单晶硅层包含光学耦合连接的外延型光栅FP腔和微环谐振腔，所述外延型光栅FP腔的外延型光栅形成于SOI基体外侧，为外凸型齿状光栅。所述生化传感芯片的SOI基体的单晶硅层还包括狭缝光波导。由于在方案中引入狭缝光波导结构，而狭缝波导能够将光极大的限制在狭缝区域以增强光和物质之间的相互作用，其优势在于狭缝空间中的光能量密度远远大于倏逝场中光能量的密度，光与物质相互作用更强，检测灵敏度更高。并可以在达到相同传感性能的条件下，有利于实现光学生化传感器的微型化与片上传感系统。

摘要： 本发明为了解决某些生物化学物质的探测问题，提出了一种微环谐振腔内嵌FP腔的光学生化传感芯片，该芯片在SOI基体的单晶硅层上包含输入/输出直波导和第一谐振腔，第一谐振腔为环状波导构成的微环谐振腔，在微环谐振腔的环状波导上还包含光栅FP腔，FP腔的光栅被刻蚀在所述微环谐振腔的环状波导上。通过采用上述结构，本发明的光学生化传感芯片在达到相同传感性能的条件下，减小光学生化传感芯片的体积，有利于实现光学生化传感器的微型化与片上传感系统。可用于生物大分子（蛋白质或者是DNA）液体样本探测和气体分子检测。与其他的生化传感芯片相比具有制作工艺标准化、便于集成化、传感性能优良及适用范围广等一系列特点。

摘要： 本发明的光栅FP腔与微环谐振腔级联型光学生化传感芯片，包括自下而上依次层叠键合的硅基层、二氧化硅层和单晶硅层构成的SOI基体，SOI基体的单晶硅层包含光学耦合连接的所述光栅FP腔和微环谐振腔。生化传感芯片的SOI基体的单晶硅层还包括狭缝光波导，所述狭缝光波导位于第一光学谐振腔和/或第二光学谐振腔的光信号传播路径上。由于在方案中引入狭缝光波导结构，而狭缝波导能够将光极大的限制在狭缝区域以增强光和物质之间的相互作用，其优势在于狭缝空间中的光能量密度远远大于倏逝场中光能量的密度，光与物质相互作用更强，检测灵敏度更高。并可以在达到相同传感性能的条件下，有利于实现光学生化传感器的微型化与片上传感系统。

摘要： 本发明提供了一种椭圆柱形光学微谐振腔，包括：腔体(1)，腔体(1)为椭圆柱形，第一布拉格反射镜(2)，第一布拉格反射镜(2)为与腔体(1)的端面相同的椭圆柱形，其一端面与所述腔体(1)的一端面连接，第二布拉格反射镜(3)，第二布拉格反射镜(3)为与腔体(1)的端面相同的椭圆柱形，其一端面与腔体(1)的另一端面连接。本公开中的结构可用于产生损失效率极低的单光子。

摘要： 本发明为了解决某些生物化学物质的探测问题，提出了一种微环谐振腔内嵌FP腔的光学生化传感芯片，该芯片在SOI基体的单晶硅层上包含输入/输出直波导和第一谐振腔，第一谐振腔为环状波导构成的微环谐振腔，在微环谐振腔的环状波导上还包含光栅FP腔，FP腔的光栅被刻蚀在所述微环谐振腔的环状波导上。通过采用上述结构，本发明的光学生化传感芯片在达到相同传感性能的条件下，减小光学生化传感芯片的体积，有利于实现光学生化传感器的微型化与片上传感系统。可用于生物大分子（蛋白质或者是DNA）液体样本探测和气体分子检测。与其他的生化传感芯片相比具有制作工艺标准化、便于集成化、传感性能优良及适用范围广等一系列特点。

摘要： 本实用新型的外延光栅FP腔与微环谐振腔级联型光学生化传感芯片，包括依次层叠键合的硅基层、二氧化硅层和单晶硅层构成的SOI基体，SOI基体的单晶硅层包含光学耦合连接的外延型光栅FP腔和微环谐振腔，外延型光栅FP腔的外延型光栅形成于SOI基体外侧，为外凸型齿状光栅。所述生化传感芯片的SOI基体的单晶硅层还包括狭缝光波导。由于在方案中引入狭缝光波导结构，而狭缝波导能够将光极大的限制在狭缝区域以增强光和物质之间的相互作用，其优势在于狭缝空间中的光能量密度远远大于倏逝场中光能量的密度，光与物质相互作用更强，检测灵敏度更高。并可以在达到相同传感性能的条件下，有利于实现光学生化传感器的微型化与片上传感系统。

摘要： 本发明公开了片上光学微腔传感器及光学微腔耦合波导传感装置，该片上光学微腔传感器包括U型波导及其内耦合的微腔，U型波导的两直臂与微腔分别耦合而形成两个耦合点，U型波导的两个耦合点间的波导为传感波导，该传感波导经由两个耦合点中的一个与U型波导的输入波导相连接、经由两个耦合点中的另一个与U型波导的输出波导相连接，并且，该传感波导作为第一干涉臂与待测传感对象相互作用，微腔的与传感波导邻近的半周部分作为第二干涉臂而不与待测传感对象相互作用，由此，在耗散型传感机制下，根据基于干涉臂的光干涉所引起的谐振模式消光比的变化来获得待测传感对象的相应参数，因而获得了消除探测极限受限、排除近场相互作用限制等技术效果。

摘要： 本发明公开了片上光学微腔传感器及光学微腔耦合波导传感装置，该片上光学微腔传感器包括U型波导及其内耦合的微腔，U型波导的两直臂与微腔分别耦合而形成两个耦合点，U型波导的两个耦合点间的波导为传感波导，该传感波导经由两个耦合点中的一个与U型波导的输入波导相连接、经由两个耦合点中的另一个与U型波导的输出波导相连接，并且，该传感波导作为第一干涉臂与待测传感对象相互作用，微腔的与传感波导邻近的半周部分作为第二干涉臂而不与待测传感对象相互作用，由此，在耗散型传感机制下，根据基于干涉臂的光干涉所引起的谐振模式消光比的变化来获得待测传感对象的相应参数，因而获得了消除探测极限受限、排除近场相互作用限制等技术效果。

摘要： 本发明涉及激光器领域，具体为可调谐光学微腔拉曼激光器和可调谐光学微腔掺杂激光器。可调谐光学微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源、光学微腔、耦合器件和温控装置，第一泵浦源和光学微腔通过耦合器件连接且光学微腔位于温控装置的温控范围内；可调谐光学微腔掺杂激光器，包括产生980nm或1480nm泵浦光的第二泵浦源、掺杂光学微腔、耦合器件、波分复用器和温控装置，第二泵浦源、掺杂光学微腔和波分复用器通过耦合器件连接且掺杂光学微腔位于温控装置的温控范围内。本发明结构简单、体积小，Q值高，便于后续的集成化应用，通过对光学微腔温度的控制实现对出射激光波长的调谐，调谐机制简单、方便、效率高。

摘要： 本实用新型涉及激光器领域，具体为可调谐光学微腔拉曼激光器和可调谐光学微腔掺杂激光器。可调谐光学微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源、光学微腔、耦合器件和温控装置，第一泵浦源和光学微腔通过耦合器件连接且光学微腔位于温控装置的温控范围内；可调谐光学微腔掺杂激光器，包括产生980nm或1480nm泵浦光的第二泵浦源、掺杂光学微腔、耦合器件、波分复用器和温控装置，第二泵浦源、掺杂光学微腔和波分复用器通过耦合器件连接且掺杂光学微腔位于温控装置的温控范围内。本实用新型结构简单、体积小，Q值高，便于后续的集成化应用，通过对光学微腔温度的控制实现对出射激光波长的调谐，调谐机制简单、方便、效率高。