基于开口微环谐振器的近场光子学捕获

摘要

1970年，美国著名学者Ashkin在实验上实现了用一高斯光束对水溶液中的乳胶颗粒的束缚，这奠定了光学捕获的基础，也开启了光学捕获研究的先河。光学捕获自被提出以来，因为可控操作、精确定位和个体选择等特性，在生物、医学、物理、化学等诸多领域显示出强大的生命力，得到了广泛的应用。随着信息、材料等学科的发展，纳米尺寸粒子的捕获成为光捕获研究领域的重要方向之一，将传统自由空间光捕获直接应用于纳米尺寸粒子捕获会遇到诸多的问题和困难。近年来发展起来的近场光子学捕获既能捕获纳米尺寸的粒子，又能实现捕获装置的集成化，具有更优越的性能和更广的应用前景。本文设计了一种基于开口微环谐振器的近场光子学捕获方法，为纳米粒子光捕获提供参考。本文的各章节内容如下:
　　第一章中，我们首先介绍了光学捕获的理论基础和发展现状;接着我们介绍了近场光子学捕获的发展和主要的理论模型;最后我们概要介绍了本论文的主要工作。由于所提出的近场捕获方法是基于微环谐振器件的，所以在第二章我们详细介绍了具有高Q值的微环谐振器。本章主要从微型谐振器的基本原理、制作工艺和器件应用等方面展开重要介绍了微环谐振器在光学捕获中的应用。
　　为了实现具有稳定捕获点的微环光捕获，第三章中我们提出和研究了一种基于开口微环谐振器的近场光子学捕获方法。这种结构由两根波导和一个开口的微环组成，当入射的两束相干光具有特定的相位差时，可以在开口区域的中心点处实现稳定的光学捕获。模拟计算的结果表明，相比于完整微环谐振器，此种结构下的捕获力可提高一个量级，而且还可以通过入射的光功率来调节捕获粒子的平衡位置。
　　第四章中，我们对开口微环谐振器光捕获方法进行了优化，提出了两种优化的方法。根据微环的耦合理论可知，通过增加耦合长度能提高耦合率。所以，我们将微环的形状由圆形变成跑道形，通过这种方法捕获力提高了两倍。又因为开口对微环的谐振模式有破坏作用，导致波导和微环之间的耦合率降低。我们通过模拟计算得出，当开口形状为圆形时破坏作用最小。计算的结果表明，圆形开口的光学捕获力是矩形开口捕获力的两倍。
　　第五章对本论文做了总结，并对所做的工作做出了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 光学捕获简介

第二节 近场光捕获和近场光子学捕获

第三节 近场光子学捕获的理论模型

第四节 本论文的工作

第二章 高Q值光学微型谐振器

第一节 光学微型谐振器简介

第二节 光学微谐振器在光学捕获中的应用

第三节 本章总结

第三章 基于高Q值开口微环谐振器的光学捕获研究

第一节 微环谐振器光捕获的基本结构和发展现状

第二节 开口微环谐振器结构

第三节 开口微环谐振器光学捕获性质的研究

第四节 本章总结

第四章 开口微环谐振器光学捕获性能的优化研究

第一节 跑道型开口微环的光学捕获性质

第二节 微环开口的几何形状对光学捕获的影响

第三节 本章总结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢

个人简历