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光学微腔通常是指至少有一维尺度在光波长量级的谐振腔。异型微腔是指具有非对称结构的光学微腔。由于异型微腔在光学腔量子计算,生物、化学、运动传感器,低阈值窄线宽激光器,全光通讯滤波器件等方面的巨大优势,至今仍是研究的热点。
本论文以异型光学微腔的设计和模式分析为主要内容,涉及以下几个方面的内容:
1、异型腔的数值分析方法介绍利用纯解析方法很难求解具有复杂边界、非对称结构的微腔,需要借助数值方法分析。高效的时域有限差分(FDTD)就是其中的一种。利用FDTD得到的是时域的腔信号,结合时域转频域技术(如Padé近似),可以精确算出腔的谐振频谱和品质因子。除此之外,FDTD算法的特征非常适合并行化。为研究腔的三维问题和复杂的二维边界结构提供了可靠的分析平台。
2、各向同性介质双弧型变形腔的模式特性分析我们在圆腔的基础上,设计了双弧型的微腔。结合时域有限差分方法与Padé近似技术,分析了双弧型腔的谐振模式频谱。通过逐步改变双弧腔形,依次观察到了各向同性的高Q值模式、具有定向输出的高Q值模式、光学混沌现象,这与文献上的描述是一致的。从而指出了,用时域有限差分方法分析异型微腔模式的可行性
3、各向异性介质圆腔的模式特性分析目前,人们对微腔的变形结构已经做了很多有意义的分析。但对各向异性介质微腔的研究还比较少。我们在各向同性介质腔的基础上,将各向异性机制加入到了时域有限差分模拟中,以分析各向异性介质圆腔的模式特性,并且观察到了异性介质中非常光谐振频率可调谐的性质。从而指出,各向异性介质腔具有谐振模偏振分离的特性。并且,可以用各向异性介质的折射率差来调谐非常光的谐振频率。