回音壁模式的微谐振腔设计及其特性研究

摘要

基于回廊耳语模式(whisperinggallerymode，WGM)的微谐振腔具有超高的品质因数和很小的模式体积，在集成光学、医药、探测等领域均有着重要的研究价值和应用前景。因此，它一直都是研究的热点。本文从标准的圆形结构出发，计算和讨论了5种变体结构的硅材料WGM微谐振腔。 本文针对光通信和太赫兹(THz)两个波段，详细阐述了标准的圆盘形结构和其他变体结构的WGM微谐振腔。我们采用时域有限差分(Finite-differencetime-domain，FDTD)法计算了其耦合系数、谐振频率、模场分布和品质因数等基本特性，并得出优化的腔结构。 在光通信波段，通过改变输入、输出波导和微谐振腔的几何形状，本文计算了5种变体结构的WGM微腔。基于FDTD算法，我们计算了其耦合系数、模场分布以及品质因数等，得到了一种输入波导弯曲的优化圆盘形结构。对于跑道形WGM微盘谐振腔的优化结构，其单次耦合系数可达5％，品质因数高于2000。 在THz波段，通过FDTD模拟，本文讨论了大尺寸微盘结构的WGM微谐振腔。其中，微腔的半径在100μm量级，微腔与传输波导的间距在1μm量级。这就使得制作工艺上对精度的要求有所降低。分析得知，当工作波长为80-120μm时，对于r=150μm、g=1.0μm的微腔结构，获得的耦合系数大约为50％；在光通信波段时，r=2.5μm、g=0.2μm的微腔获得的耦合系数约为4％，因此，THz波段大大提高了单次耦合效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 WGM谐振腔的简单介绍

1.2 WGM的应用前景

1.3本论文研究的主要方法

1.4本论文的主要研究工作

参考文献

第二章WGM微谐振腔在光通信波段的特性分析

2.1引言

2.2 Si的材料特性

2.3WGM微腔中传输波导的特性

2.4WGM的基本原理

2.5波导与微盘之间的间距g与耦合系数的关系

2.6 WGM圆盘微腔的3种变体结构

2.7结构4的WGM微腔及其特性讨论

2.8跑道形WGM微谐振腔的优化

参考文献

第三章WGM微谐振腔在太赫兹波段的特性分析

3.1引言

3.2 Si的材料特性

3.3 WGM微谐振腔中传输波导的设计

3.4圆形WGM微谐振腔的特性研究

3.5跑道形WGM微谐振腔的优化

参考文献

第四章总结与展望

致 谢