在纤式带通回音壁微腔设计及光学特性实验研究

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带通器件是光通信系统信号提取、激光系统波长选择及测量系统信息感知的关键,而窄化带宽可进一步提高信道选择精准度、激光光谱精细度和测量精确度。具有高品质因子的回音壁微腔是实现窄带滤波器件的理想选择,但单个波导耦合的回音壁微腔通常呈带阻特性。采用一对耦合波导可实现带通输出,但其集成度和长期稳定性受限于波导与微腔之间的分离式耦合结构。为实现高度集成、稳定且与光纤兼容的带通回音壁微腔,本文提出并在标准单模光纤中制备了两种耦合结构,具体内容如下:(1)在现有球形回音壁消逝场耦合理论基础上,分析光纤集成架构下微腔尺寸、材料及波导结构对耦合效果的影响。提出一种二维锥形纤芯耦合结构,仿真和实验结果均表明该结构在增强消逝场强度的同时可减小与球形微腔中回音壁模式相位传输常数失谐量,为在光纤内部制备高效耦合的带通回音壁微腔谐振结构提供一种有效的解决方案。(2)提出并制作了一种基于二维锥形纤芯和曲率波导的透射带通回音壁微腔耦合结构。二维锥形纤芯桥接标准单模光纤纤芯和曲率波导,可减小模式突变引起的损耗。将耦合结构与球形回音壁微腔一体化封装可在提高耦合长期稳定性的同时保持球形微腔表面的光滑度和纯净度。实验结果表明在纤透射带通回音壁微腔的带宽为0.15 nm且其品质因子在热光调谐过程中保持不变,可用于传感系统温度变化测量、激光系统波长选择及线宽压缩等。(3)提出并制作了一种基于二维锥形纤芯和Y形波导的反射带通回音壁微腔耦合结构。二维锥形纤芯桥接标准单模光纤纤芯和Y形波导的公共端,Y形波导的分支兼具回音壁模式激发与收集功能。利用聚合物微球作为回音壁微腔可在反射端得到带宽为0.0326 nm的带通输出,可用于光纤通信系统信道提取、激光反馈稳频与线宽压缩等。采用更先进的微纳加工手段可将回音壁微腔与耦合波导直接加工在光纤中,进一步提高集成度及品质因子。
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