自由空间耦合高Q回音壁模式理论研究

"Theory of free space coupling to high-Q whispering gallery modes" 这篇论文主要探讨了自由空间耦合到高Q回音壁模式的理论，尤其关注了圆形和变形微腔中的情况。自由空间耦合是一种在没有物理媒介的情况下，将外部光场与微腔内的光学模式相互作用的技术，这对于量子信息科学、光子学和传感器等领域具有重要意义。 在圆形微腔的分析中，论文提供了解析解和渐近公式，这两种方法都是为了理解不同耦合条件下的耦合效率。对于入射圆柱波的情况，作者们讨论了不同耦合状态下的效率，并估计了在实际实验中使用高斯光束激发时的最大效率。高Q回音壁模式因其极高的品质因子（Q值）而受到关注，这种模式可以极大地增强光与物质的相互作用，从而在光存储、光谱学和非线性光学等方面有潜在应用。 另一方面，当微腔被变形时，论文指出如果激发光束能够很好地匹配内在发射模式，且通过调整变形程度可以调节辐射损耗，那么耦合效率可能会更高。这为设计和优化微腔结构以提高耦合性能提供了可能。作者们通过一个稍微变形的抽象模型发现，由于多模干涉，传输光谱中的不对称峰值形状而非洛伦兹型谷是普遍存在的。这表明，仅凭峰深无法准确估计耦合效率，这是对传统理解的一个重要补充。 这项工作为实验中的自由空间耦合提供了理论指导，不仅提出了优化耦合效率的策略，还揭示了多模相互作用导致的复杂光谱特性。这些发现对实验设计和数据分析具有实际意义，有助于推动高Q微腔在量子信息处理、光学传感器和微纳光子器件等领域的进一步发展。