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高Q谐振腔光学特性及非线性效应研究

作　者: 王丽
导　师: 闫树斌
学　校: 中北大学
专　业: 电路与系统
关键词: 高Q谐振腔噪声抑制封装四波混频
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 117次
引　用: 1次
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内容摘要

微球谐振腔由于其独特的回音壁模式而具有很高的品质因数，受到了越来越多的关注，并日益广泛地应用在传感与测试领域。本文从微球腔的耦合特性出发，对高Q微球腔的光学特性及非线性效应进行了研究。本论文理论分析了微球谐振腔的各项性能指标，研究了微球谐振腔和锥形光纤的制备方法，建立了微腔与锥形光纤的耦合系统，并搭建了测试系统。通过对透射谱线的研究，建立耦合系统的反馈体系，为体系的后续研究提供良好的实验平台。针对实际应用中，耦合系统的稳定性不仅会受到外界环境因素的影响，而且还会受到激光器自身性能的影响等问题，本论文重点改善了耦合系统的稳定性，并通过对光源频率的锁定提高了信号的信噪比。通过从外界因素和系统内禀特性两个方面进行分析，并提出相应的解决方案。采用低折射率的紫外胶封装固化的方法实现了微球谐振腔和拉锥光纤的一体化封装，有效克服了外界环境噪声对耦合系统的干扰，其为后续的实验与研究奠定了基础。由于微球腔具有高品质因数、小腔模体积的特点，使得微球谐振腔极容易达到非线性阈值，如何有效利用微腔的非线性效应，是目前微腔研究领域的一大热点。为此，本论文从理论上分析了四波混频现象的产生机理，实现四波混频的关键因素是耦合系统需要满足相位匹配条件。本文设计并搭建了实现四波混频的实验平台，对四波混频现象进行了初步的实验研究。利用高Q值（107）的二氧化硅微球腔与拉锥光纤（锥区直径为8um）的耦合系统，在实现光源闭环锁频的条件下，测试得到了带宽大于60nm的级联四波混频现象。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 高 Q 谐振腔国内外发展现状  10-11
  1.3 微腔的非线性效应  11-15
    1.3.1 非线性效应的波动方程  11-12
    1.3.2 非线性光学的研究现状  12-13
    1.3.3 非线性效应的分类及应用  13-15
  1.4 本文主要研究内容及章节安排  15-16
2 高 Q 谐振腔的光学特性研究  16-32
  2.1 高 Q 谐振腔的主要性能指标  16-17
  2.2 激光频率的稳定性  17-22
    2.2.1 影响激光频率稳定的因素  18-19
    2.2.2 外界震动对频率稳定的影响  19-22
    2.2.3 频率的稳定性技术研究  22
  2.3 光的偏振特性分析  22-26
    2.3.1 偏振态的介绍  23
    2.3.2 影响偏振态的因素  23-26
  2.4 高 Q 谐振腔的非线性效应理论分析  26-31
    2.4.1 非线性效应的理论研究  26-27
    2.4.2 二氧化硅的非线性极化  27-28
    2.4.3 基于高 Q 谐振腔的四波混频理论分析  28-31
  2.5 本章总结  31-32
3 测量系统方案的设计  32-39
  3.1 实验设计方案  32
  3.2 系统主要组成器件  32-38
    3.2.1 光源  32
    3.2.2 掺铒(Er3+)光纤放大器  32-34
    3.2.3 偏振控制器  34-35
    3.2.4 光纤衰减器  35-36
    3.2.5 光谱仪  36
    3.2.6 光电探测器  36-37
    3.2.7 锁腔控制器  37-38
  3.3 本章总结  38-39
4 耦合系统的建立及噪声抑制研究  39-51
  4.1 高 Q 谐振腔耦合系统的建立  39-45
    4.1.1 高 Q 谐振腔的制备  39-40
    4.1.2 锥形光纤的制备  40-43
    4.1.3 高 Q 谐振腔与锥形光纤的耦合  43-45
  4.2 被动式稳频法  45-50
    4.2.1 微腔耦合理论特性研究  45-46
    4.2.2 外部环境对耦合模式的影响  46-47
    4.2.3 采用防护罩抑制震动噪声  47-48
    4.2.4 采用封装结构抑制震动噪声  48-50
  4.3 本章总结  50-51
5 实验与结果分析  51-57
  5.1 谐振频率的稳定性研究  51-53
    5.1.1 高 Q 微球腔谐振频率锁定方案设计  51-52
    5.1.2 谐振频率稳定性测试  52-53
  5.2 高 Q 谐振腔的四波混频实验测试  53-56
  5.3 本章小结  56-57
6 总结与展望  57-59
  6.1 工作总结  57
  6.2 论文创新点  57
  6.3 工作展望  57-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果  63-64
致谢  64

高Q谐振腔光学特性及非线性效应研究

内容摘要

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