光学微纳米线的低损耗粘合及器件应用

摘要

在当今光子器件小型化和集成化的发展趋势下，微纳光子器件的研制和应用已经成为光子学领域的重要研究内容。光学微纳米线作为微纳光子器件的基本组成单元，具有优良的光波导特性，能有效地束缚光场，传输损耗较低，同时具有较强的倏逝场，已被用来制作各种类型的微型干涉仪、谐振腔和激光器等光子器件。但目前用这些光学微纳米线研制的光子器件多数都依赖衬底摩擦力或者范德华力来维持其结构，稳定性较差，不利于器件的进一步实用化。本论文提出了一种利用聚合物纳米线来粘合光学微纳米线的新型技术，研究了所得粘合区的光学损耗、机械强度和温度稳定性，并利用这种技术制作了多种无源和有源微光子器件。
　　在本文的第一部分，我们介绍了这种聚合物粘合技术的具体实现方法，并研究了其各项性能参数。实验结果表明此方法形成的粘合区具有较高的机械强度和热稳定性，在1550nm波长处单次粘合引入的损耗低至0.51 dB。与现有的其他方法相比，这种技术不仅非常易于实现，而且是一种通用型方法，不受光学微纳米线的材料限制，兼具稳定性和灵活性。
　　在本文的第二部分，我们应用聚合物粘合技术制作了多种粘合式微光纤器件，包括微光纤环形谐振腔、Mach-Zehnder干涉仪以及Sagnac环形镜，并对其输出光谱进行了分析，三者均表现出较高的稳定性和较好的性能。聚合物粘合技术在维持微光纤器件原有性能的前提下，粘合区域微小并可控，有效提高了器件应用的灵活性和在复杂环境下的稳定性。
　　在本文的第三部分，我们介绍了用聚合物粘合技术制作的CdS纳米线自由环激光器，比较了纳米线激光器在开环、闭环和粘合后的闭环三种形态下的激光光谱和阈值，结果表明粘合后的闭环激光器具有更优秀的谐振特性和相对较低的激光阈值。更为重要的是，粘合后的微环可以脱离衬底后转移到液体环境中，并依然能稳定工作。同时徼环也具有相当高的稳定性，能承受一定程度的形变。
　　本论文提出的聚合物粘合技术把基于光学微纳米线的微光子器件从初始衬底上解放出来，将其应用领域拓宽到更复杂多变的环境，且适用于多种类型材料的纳米线，对微纳光纤和纳米线光子器件的研究和技术应用都有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的目的与意义

1．2 光学微纳米线连接技术的研究进展

1．2．1 依靠村底摩擦力连接

1．2．2 依靠范德华力连接

1．2．3 激光熔接法

1．2．4 其它连接万式

1．3 光学微纳米线的器件应用现状

1．3．1 基于光学徽纳米线的无源光子器件

1．3．2 半导体纳米线激光器

1．4 本论文的主要工作

2 光学徽纳米线的低损耗聚合物粘合技术

2．1 引言

2．2 聚合物粘合技术的实现

2．3 聚合物粘合技术的光学损耗

2．4 聚合物粘合技术的机械强度和热稳定性

2．5 本章小结

3 粘合式徽光纤器件

3．1 引言

3．2 微光纤环形谐振腔

3．3 微光纤Maeh-Zehnder干涉仪

3．4 微光纤Sagnac环形镜

3．5 本章小结

4 半导体纳米线自由环激光器

4．1 引言

4．2 纳米线自由环的制作

4．3 半导体纳米线激光器的激光光谱

4．4 半导体纳米线激光器的阈值

4．5 半导体纳米线自由环激光器的应用

4．6 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简历