有机电致发光的光学微腔效应

有机电致发光器件的Fabry-Perot光学微腔效应导致在一定波长处的发射峰强度增加、宽度压窄,因而在有机彩色显示中受到人们的重视。阐述了有机电致发光的Fabry-Perot光学微腔的发展、微腔结构和微腔效应的各种表现和理论表征。

利用光子隧穿效应实现高Q/V值微腔和光学双稳态

利用光子隧穿效应设计一种高Q/V值小体积微腔。通过传输矩阵的方法研究该结构的光学传输性质。在光子隧穿传输模式下,该微腔具有一系列分离的传输模式,每个传输模式都具有较高的Q值。如果微腔由非线性材料构成,则会出现光学双稳态现象。微腔传输模式的级数越高,光学双稳态的阈值越低。研究结果为光学微腔的设计提供参考。

任意依赖强度耦合的多光子过程对光学微腔中原子动力学效应的影响

本文研究了光学微腔中光场和原子相互作用时原子的动力学效应,同时研究了依赖辐射场强度耦合的性质对原子动力学效应的影响。

拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制

基于光通信系统对于全光调制和全光开关等的需求,从理论上和实验上研究了拉曼增益对回音壁模式光学微腔系统共振模式的全光调制。理论分析表明,拉曼增益能够补偿回音壁模式光学微腔系统的损耗,进而改变微腔系统的耦合机制,在不对微腔系统做任何机械性移动的前提下实现对系统共振透射率的连续调制。实验中采用光纤锥耦合的二氧化硅微芯圆环腔,利用560μW的低功率泵浦光引发的拉曼散射,波长为1 545.7 nm的信号光实现了13.5 d B的调制度,使得系统的耦合机制由欠耦合转化为临界耦合。

有机微腔发光的研究进展

分别介绍了小分子和聚合物平面微腔发光的发展历史、研究现状和国际上的最新进展，并提出以后的发展方向，指出对微腔的研究不但可以深化人们对空间限域条件下光子与分子相互作用的认识，还可以推动有机ＥＬ的实用化进程。

硅基微腔光子学测温技术研究进展

硅基微腔光子学测温包括基于热折变效应的协议温度测量以及基于光机谐振原理的热力学温度测量,国际温度咨询委员会(CCT)在2018-2027战略规划中,将硅基微腔光子学测温确定为接触测温新兴技术的主要发展方向。本文简要介绍上述两种测温理论机理,综述近年来美国国家标准与技术研究院(NIST)、欧洲计量合作组织(EURAMET)等发达国家计量院与计量组织在上述领域的研究进展,以及来自于学术界的探索性研究内容;最后介绍中国计量科学研究院在毫开尔文(mK)级微腔光子温度计制备与测试、基于法诺共振的亚mK级分辨力提升方法、基于氮化硅微腔的亚mK级自热温升抑制等研究进展。

热效应作用下SiO_(2)光学微腔中的多孤子光场分析

光学微腔中热效应对腔内光场的演化有重要的影响。在Lugiato-Lefever方程的基础上,分析了热效应对SiO_(2)光学微腔中光场演化的影响。研究发现,在零失谐的初始条件下,热效应可以在腔内激发出多孤子光场,但由于热效应的加剧,该光场只能短暂存在。因此,当多孤子光场产生后,利用调谐泵浦波长和功率的方式来保持微腔内的多孤子。通过选择合适的泵浦功率和波长扫描速度,可有效补偿热效应引起的失谐,维持多孤子光场。此外,泵浦的参数也会对调谐后的光场产生不同的影响。改变泵浦功率可以改变调谐后多孤子光场中脉冲的数量,泵浦功率越高,则热效应越明显,调谐后的多孤子光场包含的脉冲数量也越多。而泵浦波长的调谐速度过小,会导致多孤子光场逐渐消失;泵浦波长扫描过快,会引起微腔工作于正失谐状态,从而导致原有的多孤子演化为混沌光场。

硅基微环腔相关光子对光源输出特性研究

硅基微环腔的结构参数、半导体特性和工艺形貌会对相关光子对输出重复频率产生重要影响。将晶体硅非线性损耗计入输出重复频率的仿真计算,推导出全通型硅基微环腔自发四波混频效应模型,并利用该模型研究了全通型硅基微环腔品质因数、微环腔半径、晶体硅自由载流子寿命等参数对输出重复频率的影响.结果表明,当外品质因数取值5×10~4,抽运功率达到15 mW且继续升高时,输出重复频率反而降低;理想情况下微环腔半径越小,输出重复频率越高;对硅基微环腔相关光子对光源而言,提高输出重复频率的首选方案是降低自由载流子寿命。

有机薄膜电致发光器件的光学微腔效应

制备了以铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）透明导电膜为阳极的有机薄膜电致发光微腔器件，研究了垂直的光学法布里－珀罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）微共振腔对有机器件的自发发射的微腔效应。发现了光谱窄化、发光强度增加及发射的角度依赖关系等现象。具有微腔结构的器件发射谱半高宽只有１４ｎｍ，而非微腔器件在１００ｎｍ以上；微腔器件的峰高比非微腔的器件高一倍以上，微腔器件的发射峰随测量角的增大而“蓝移”。用ＴｉＯ２作填充调节层或用不同厚度的ＡＺＯ层来改变腔的光学厚度，得到了不同发光颜色。

掺Nd^(3+)玻璃微球发射光谱研究

采用粉末喷烧法制备了掺Nd3 + 高折射率TiBa玻璃微球,主要成分为TiO2 ,BaO和SiO2 ,微球直径在30 μm左右。在带有显微镜的光谱仪上,用5 14nm激光照射微球的边缘,测量了它们的发射光谱,观察到了微球腔效应导致的光谱结构共振。在较低泵浦阈值(2mW )下,获得了Nd3 + 的激射发光。利用光学微腔理论讨论了玻璃微球荧光光谱中的形貌共振,实验结果与计算结果相符。

Bragg微腔中非线性介质相位共轭波的增强效应

研究了由一维光子晶体构成的Bragg微腔(AB)N(D)2(BA)N中三阶非线性光学介质(NLM)产生的相位共轭波的增强效应。当入射光波与Bragg腔模满足共振条件时,推导了其相位共轭波的增强因子。Bragg微腔中的三阶NLM产生的相位共轭波相对于该介质裸露时产生的相位共轭波具有明显增强,这主要是Bragg微腔对入射泵浦光产生了较大的共轭增强作用。理论分析和数值计算结果还表明,当入射光波与Bragg腔模满足共振条件且周期数N较大时,该结构可等效于由Bragg反射镜组成的Fabry-Perot(F-P)腔。

混杂腔光力学系统中量子操控的理论研究

随着光学微腔和纳米加工技术的发展，目前的实验已经能够制备出极高品质因子的光学微腔和微纳机械振子，使腔光力学系统能够表现出量子效应。这些进展使量子腔光力学这个新的研究领域得到了迅速发展。腔光力学系统的基本物理图像是光学微腔的一个腔镜固定在一个微纳尺度机械振子上，通过辐射压，腔中的光场自由度和移动腔镜的机械运动自由度可以有效的耦合起来（见图1）。量子光力系统可用于冷却微纳尺度的机械振子到谐振子基态，从而使在不久的将来制备宏观尺度机械振子的非经典态成为可能。在应用上，腔光力学系统可用于量子信息处理，超灵敏的测量，以及在宏观及介观尺度上检验量子力学基本原理。

基于超高Q值回音壁模式微管腔的非接触式电流传感器研究

研发低功耗、微型化的电流传感器有利于实现电流状态的智能监测,在风力发电、智能电网以及电动汽车等领域有着潜在应用前景。提出一种基于回音壁模式微管腔的非接触式电流传感器。首先通过电弧放电法在薄壁石英管中制备了回音壁模式微管腔,模式谱稳定激发且规则,品质因子Q值达到3.45×10^(7)。其次,在微管腔中填充Fe_(3)O_(4)纳米粒子磁流体并插入Cu丝,构建非接触式电流检测环境,当通入的电流强度发生改变时,与Fe_(3)O_(4)纳米粒子的相互作用引起微管腔的磁热效应,进而影响微管腔的折射率与体积。实验结果表明:测试电流从0增加到30 mA时,微管腔的谐振波长漂移了0.0973 nm,谐振波长的相对漂移量与电流的平方成线性关系,灵敏度达到10.811 nm/A^(2),探测极限达到2.936×10^(-9)A^(2)/nm。所设计的电流传感器具有结构简单、灵敏度高、探测极限低、体积小、不受电磁干扰影响等优势,为微腔在非接触式电流检测中的应用提供了新路径。

回音壁模式光学微腔：精细入微，曲尽其妙

回音壁模式光学微腔具有极高的品质因子和极小的模式体积，因此人们可以在这类光器件中观测到很多传统光学器件观测不到的新奇物理效应，其中很多物理特性都可用于设计不同的微纳传感器，测量热、力、电等信号，并用于微纳器件信息读取和生物传感等领域。

锥形光纤倏逝场激发微球腔高Q模式

介绍了高品质因子(Q)回音壁模式(WGM)Si O2光学微球腔和锥形光纤耦合器的制备方法。应用窄线宽(300 kHz)单模NewFocus可调谐激光器(1520～1570 nm)作为激发光源,使用直径1.2μm锥形光纤激发直径150μm的Si O2微球腔的光学模式,得到了其形貌共振谱线。从微球腔的温度分布出发,结合Si O2材料的热膨胀以及热光效应折射率变化机理,分析了微球腔在高功率光激发下热效应引起的共振谱平移(2.5 GHz/℃)。实验表明,控制WGM激发功率,可有效抑制微球腔的热效应,且易于实现稳定的高Q模式。调整锥形光纤耦合激发角度,可以较好地抑制微球腔高阶模式,测得其共振谱线宽为22 MHz,对应的微球腔Q值为107。

光子晶体磁性微腔非对称耦合的非互易传输

为了实现光的非互易性传输,在一维光子晶体中插入两个非对称的金属磁性材料缺陷层。插入的金属磁性材料在光子晶体中形成了不对称的磁性微腔。运用适用于磁光材料的传输矩阵方法研究结构的传输特性。由于金属磁性材料破坏时间反转对称,同时非对称微腔结构打破了空间反转对称,使得结构产生了非互易性的传输。随着入射角度的增大,非互易通道的间距也不断增加,并在50°时达到最大值,然后逐渐减小。当外加磁场增大时,非互易通道的间距也随之不断增大并且在某一特定值时达到最大值。最终的结果采用基于有限元法的电磁场仿真软件进行仿真验证。

微腔中的力光量子传感

问题描述传感器作为信息获取的核心器件,在消费电子、航空航天、武器装备等技术领域都起着极为重要的作用。近年来,基于光学微腔力光耦合量子效应的新型传感器件,由于其极高的传感检测精度,并且还具备微纳芯片化集成制造的潜力,逐渐引起了科学家们的关注。

微腔光频梳研究进展

光频梳由一系列离散且等距分布的相干激光组成,可作为高精度光学频率标尺,对时间和频率进行精确测量。微腔产生的光频梳具有小尺寸、低功耗、可单片集成等优势,成为近年来的研究热点。孤子的出现极大提升了微腔光频梳的相干性,其产生过程包含着丰富的非线性物理动态,且在光钟、超快测量、相干通信等多个领域具有很好的应用前景。回顾了微腔光频梳的研究进展,全面综述了微腔光频梳的理论模型、产生方法、物理机理及表征、应用,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。孤子微腔光频梳有望作为下一代集成光源,为各个领域带来革命性发展。

基于一维光子晶体纳米梁腔辅助微环谐振器的研究

近年来,电磁诱导透明(EIT)效应得到了广泛的研究,特别是对其群延迟的动态可调谐在光通信领域有良好的应用前景。提出了一种一维光子晶体纳米梁腔辅助微环谐振腔的动态可调谐电磁诱导透明系统。在该系统中引入了石墨烯,通过改变石墨烯的费米能级实现了对类电磁诱导透明的开关调控和群延迟的动态调谐。此外,在改变纳米梁腔与微环谐振腔的耦合距离和微环谐振腔的半径时,实现了对EIT窗口“关—开—关”的调控。采用三能级原子系统解释了类EIT效应的物理机制,采用三维时域有限差分法对该结构进行仿真,并分析了该结构的传感特性和延迟特性,仿真结果表明,灵敏度为614.4 nm/RIU、品质因数为370.8、群延迟为7.1 ps、群指数高达895。该系统为光开关、传感器和慢光器件的研发提供了一种可行方案。

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。