耦合微腔光学研究：新型半导体与紫外激光器的探索

"耦合型回音壁模式光学微腔的构建与光学性质研究" 这篇博士学位论文主要探讨了耦合型回音壁模式光学微腔的构建及其光学性质，作者涂鑫在导师徐雷的指导下，针对半导体微盘激光器、单频紫外微腔激光器及聚合物微环传感器等应用领域进行了深入研究。 光学微腔，作为光学领域的关键组成部分，通过利用介电常数差异导致的反射、散射或衍射，能够在微米尺度内限制并增强光场，延长光子寿命，减少模式数量。当增益介质如偶极子置于微腔内部时，其自发辐射性质会被局域真空场显著调控，进而实现低阈值激光。这些特性使得光学微腔在光源、信号处理和传感技术中具有广泛应用。 论文的创新点包括： 1. 设计了一种半螺旋型对称耦合微腔，这种平面耦合结构能产生窄发散角且单向出射的光束。通过时域有限差分（FDTD）仿真技术优化了品质因子和出射特性，TM模式光束发散角仅为19度，提高了单向出射模式的Q值，降低了多向出射的Q值，有利于实现激光器的单模运行。 2. 在聚合物、光微流和半导体材料上成功构建了基于耦合微腔的紫外单频激光器。利用不同尺寸微腔的平面耦合，扩展了自由光谱范围，通过游标效应在共同谐振频率处达到最低损耗，从而实现单频激光。这一成果简化了制造紫外波段高反射率DBR反射镜和小周期光栅的工艺要求。 3. 开发了一种具有高自发辐射因子的垂直耦合光子分子微盘激光器。这种结构有效地抑制了F-P模式，增强了回音壁模式激光的自发耦合效率，降低了激光阈值。实验数据显示，相比于单个微盘，回音壁模式激光的自发耦合因子B提升了15倍，达到0.5。当三个相同微盘垂直耦合时，自发耦合因子进一步提升，p值高达0.72，同时观察到微盘间的强相互作用。 这些研究成果不仅深化了对耦合型回音壁模式光学微腔的理解，还为微纳光电子学提供了新的设计思路和技术应用，对于未来光子器件的小型化、高效化发展具有重要意义。