微腔与波导耦合系统的传输特性研究

论文摘要

光学微腔结构是研究光与物质相互作用的重要平台,同时它在光学设备的应用研究中也具有重要地位。斯坦福大学的Fan Shanhui教授研究了光学微腔与波导侧耦合系统的传输特性,并讨论了其在传感上的应用。Fan教授的文章引起了很多人的关注。本论文对Fan教授的研究结果做了更一般性的推广。论文首先介绍了光学微腔的一些基本背景知识,包括光学微腔的分类以及描述光学微腔性质的物理参数。论文然后介绍了光学传输矩阵法,包括传输矩阵与散射矩阵之间的转换关系以及部分光学器件的传输矩阵。论文最后采用传输矩阵法对波导与光学微腔侧耦合系统进行了仿真,分别研究了在波导中嵌入两个部分反射镜和单个部分反射镜情况下耦合系统的光学传输特性。当在波导里嵌入两个部分反射镜时,尖锐的对称线形与非对称线形都能够在传输谱线中观测到,结果表明微腔相对于两个部分反射镜的位置对传输谱线有重要的影响。当微腔不在两个部分反射镜中间时,可以得到更窄的传输线形。当在波导里只嵌入单个部分反射镜时,尖锐的非对称线形能够在这种光学系统的传输谱线中观测到,结果表明当微腔的共振角频率取特定值时,系统透过率在微腔共振角频率附近的变化非常陡峭,可以迅速从完全不透过变成完全透过。当入射光角频率不在微腔共振角频率附近时,传输谱线比较平坦。论文的研究成果可以应用于光学开关的研究。

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中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 光学微腔简述

1.2 描述光学微腔性质的物理参数

1.2.1 自由光谱区

1.2.2 精细度与半值宽度

1.2.3 光子寿命

1.2.4 品质因子

1.2.5 模式体积

1.3 Fano 共振

1.4 论文研究对象

第二章传输矩阵法

2.1 光波在多层介质中传播的现象

2.2 传输矩阵与散射矩阵

2.2.1 传输矩阵

2.2.2 散射矩阵

2.2.3 传输矩阵与散射矩阵之间的转换关系

2.2.4 无损耗介质中的守恒关系

2.2.5 无损耗且互易的光学系统

2.3 几个具体实例

2.3.1 光在均匀介质中传播一段距离

2.3.2 部分反射镜

2.3.3 传输矩阵法仿真Fabry–Pérot标准具

2.4 本章小结

第三章非对称的腔与波导侧耦合结构

3.1 相关背景

3.2 理论分析

3.3 数值结果与讨论

3.4 本章小结

第四章腔与波导耦合系统中的非对称Fano线型

4.1 理论分析

4.2 数值结果与讨论

4.3 本章小结

第五章总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究工作展望

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈伟灿

导师: 叶明勇

关键词: 微腔,波导,传输矩阵,光传输

来源: 福建师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 福建师范大学

分类号: TN751.2;O43;TN814

DOI: 10.27019/d.cnki.gfjsu.2019.001461

总页数: 59

文件大小: 1922k

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