高Q谐振腔光学特性及非线性效应研究

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。