引用本文:

温钦,周恒,邱昆. 回音壁模式光学微腔的模式激发效率研究[J]. 光通信技术,2021,45(7):33-36

回音壁模式光学微腔的模式激发效率研究

温 钦,周 恒*,邱 昆

(电子科技大学 光纤传感与通信教育部重点实验室,成都 611731)

【下载PDF全文】 【下载Word】

摘要:针对回音壁模式(WGM)光学微腔中模式高效激发的需求,基于有限元软件COMSOL对模式电场分布的计算结果,设计了一种对于WGM激发效率的仿真方法。该方法可以对微腔与锥形光纤在不同耦合条件下不同模式的谐振峰最大深度进行仿真计算,从而确定该模式得到高效激发的耦合条件。在此基础上对模式的激发效率控制和高阶方位角模式的激发进行了仿真分析,结果表明:选择尺寸匹配的锥形光纤,通过精细调整耦合距离,可以实现对所加工微棒腔的基模从欠耦合到过耦合的激发控制;通过耦合位置的调整,可以实现对其高阶方位角模式的高效激发。

关键词:回音壁模式;光学微腔;耦合效率

中图分类号:O436;TN929  文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)07-0033-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.008

0 引言
       回音壁模式(WGM)光学微腔凭借其低吸收的介电材料和光滑的表面,通过全反射将光约束在较窄的区域内,具有极高的品质因子(Q值)与较小的模式体积,因此成为极具应用前景的新型光学器件[1]。迄今为止,其研究成果已经覆盖物理学科的各个领域,在非线性光学、光学传感、光电器件和大容量相干光通信等领域得到了广泛研究和应用 [2-5]。
   WGM光学微腔通常具有众多的模式,其中基模具有最小的模式体积,可以极大地提升光与物质的相互作用,成为研究和应用中被普遍采用的模式[6]。然而,不同的应用对于模式体积的要求是不同的。例如,非线性光学效应的研究中,通常需要最小的模式体积,以最大化地降低泵浦光阈值功率,但在生物传感等应用中,却可能受益于相对较大的模式体积[7]。因此,根据不同的应用需求激发WGM光学微腔的不同模式具有现实的意义。除此之外,模式的高效激发对于研究和应用也至关重要,模式的临界耦合甚至过耦合的激发在某些应用中是必要的[8]。
   本文以微棒腔为例,对WGM光学微腔与锥形光纤耦合系统中模式的激发效率进行研究。

4 结束语
     本文采用限元软件COMSOL对光学微腔与锥形光纤进行模场仿真,提出了一种计算WGM激发效率的方法。使用该方法,对所加工的微棒腔与锥形光纤的耦合系统进行了仿真分析,确定其基模和高阶方位角模式得到高效激发的耦合条件,并通过实验进行验证。实验结果与仿真结果实现了较好的匹配,验证了所提出的仿真方法在WGM光学微腔的模式激发效率研究中的有效性。该方法提供了一种对WGM激发效率快速准确的研究手段,对实验和应用具有良好的指导意义。