基于開口微環(huán)諧振器的近場光子學捕獲.pdf

1、1970年，美國著名學者Ashkin在實驗上實現(xiàn)了用一高斯光束對水溶液中的乳膠顆粒的束縛，這奠定了光學捕獲的基礎(chǔ)，也開啟了光學捕獲研究的先河。光學捕獲自被提出以來，因為可控操作、精確定位和個體選擇等特性，在生物、醫(yī)學、物理、化學等諸多領(lǐng)域顯示出強大的生命力，得到了廣泛的應用。隨著信息、材料等學科的發(fā)展，納米尺寸粒子的捕獲成為光捕獲研究領(lǐng)域的重要方向之一，將傳統(tǒng)自由空間光捕獲直接應用于納米尺寸粒子捕獲會遇到諸多的問題和困難。近年來發(fā)展起來

2、的近場光子學捕獲既能捕獲納米尺寸的粒子，又能實現(xiàn)捕獲裝置的集成化，具有更優(yōu)越的性能和更廣的應用前景。本文設計了一種基于開口微環(huán)諧振器的近場光子學捕獲方法，為納米粒子光捕獲提供參考。本文的各章節(jié)內(nèi)容如下:
　　第一章中，我們首先介紹了光學捕獲的理論基礎(chǔ)和發(fā)展現(xiàn)狀;接著我們介紹了近場光子學捕獲的發(fā)展和主要的理論模型;最后我們概要介紹了本論文的主要工作。由于所提出的近場捕獲方法是基于微環(huán)諧振器件的，所以在第二章我們詳細介紹了具有高Q值的

3、微環(huán)諧振器。本章主要從微型諧振器的基本原理、制作工藝和器件應用等方面展開重要介紹了微環(huán)諧振器在光學捕獲中的應用。
　　為了實現(xiàn)具有穩(wěn)定捕獲點的微環(huán)光捕獲，第三章中我們提出和研究了一種基于開口微環(huán)諧振器的近場光子學捕獲方法。這種結(jié)構(gòu)由兩根波導和一個開口的微環(huán)組成，當入射的兩束相干光具有特定的相位差時，可以在開口區(qū)域的中心點處實現(xiàn)穩(wěn)定的光學捕獲。模擬計算的結(jié)果表明，相比于完整微環(huán)諧振器，此種結(jié)構(gòu)下的捕獲力可提高一個量級，而且還可以通過

4、入射的光功率來調(diào)節(jié)捕獲粒子的平衡位置。
　　第四章中，我們對開口微環(huán)諧振器光捕獲方法進行了優(yōu)化，提出了兩種優(yōu)化的方法。根據(jù)微環(huán)的耦合理論可知，通過增加耦合長度能提高耦合率。所以，我們將微環(huán)的形狀由圓形變成跑道形，通過這種方法捕獲力提高了兩倍。又因為開口對微環(huán)的諧振模式有破壞作用，導致波導和微環(huán)之間的耦合率降低。我們通過模擬計算得出，當開口形狀為圓形時破壞作用最小。計算的結(jié)果表明，圓形開口的光學捕獲力是矩形開口捕獲力的兩倍。