柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定

由柱形微腔中回音壁模式满足的本征值方程,得到确定回音壁模式位置和间距的近似解析公式。以此近似解析公式,首次对直径在215-328μm间的5个柱形微腔回音壁激光光谱做了模式标定。在用近似解析公式对柱形微腔激光光谱的数值作拟合的计算中,除了回音壁模的径向模式数（l）和角动量模式数（n）外无需其他拟合参数,解析公式的拟合值和实验激光光谱波长值间的偏差小于0.05 nm,拟合结果精确可靠。柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定在模式的场分布计算以及频移型微腔生物传感器的研究应用中具有重要作用,文章介绍的方法亦可应用于柱形微腔直径和折射率的精密测量。

影响柱形微腔回音廊模激光抽运阈值能量的因素

将石英光纤浸入染料溶液中形成圆柱形微腔,并采用近轴向消逝场抽运的方式,激发染料溶液的激光增益。柱形微腔回音廊模(WGM)激光抽运阈值能量的高低与抽运激光的消逝场和回音廊模消逝场的空间重叠程度有直接关系,同时也需要考虑低阶与高阶回音廊模损耗的影响。通过改变染料溶液的折射率以及光纤直径,来改变回音廊模的消逝场分布,从而改变两种消逝场空间重叠的体积以及回音廊模的损耗。实验结果表明,柱腔直径不变时,存在一个最佳的溶液折射率值;同时,溶液折射率不变时,也存在一个最佳的柱腔直径,使得一阶回音廊模激光抽运阈值能量最低。

消逝波激励及增益耦合的柱形微腔回音廊模激光辐射

毛细管的折射率比溶液的折射率高,石英毛细管在被插入的溶液中形成圆柱形微腔。采用近轴向消逝波抽运的方法,使激光的染料增益局限于抽运光在染料区的消逝场范围内,极大地提高了消逝波耦合柱形微腔的抽运效率。与侧向抽运方式比较,柱形微腔回音廊模(WGM)激光的抽运阈值从200μJ降低到9.5μJ。实验所得到的激光谱线波长以及相邻谱线的波数间隔与回音廊模式的理论计算吻合,说明石英毛细管能得到与石英光纤类似的柱形微腔回音廊模激光辐射。