论文部分内容阅读
光学微腔是一种重要的光子学器件，具有高品质因数和小模式体积的优点，在基础和应用领域受到广泛关注，例如腔量子电动力学、非线性光学、极低阈值微腔激光器、高灵敏度传感器等。具有回音壁谐振模式的光学微腔传感器体积小、灵敏度高、探测极限低，而且能对生物化学分子实现无标记检测，检测可信度高，非常具有实用价值。本文对光微流管折射率传感器展开研究，完成的工作主要为：依据经典的电磁理论，以麦克斯韦方程组为基础，建立柱坐标系，得到了模式横纵场之间的关系，推导了微管腔电磁场的径向分布函数，根据连续性边界条件，得到了系数之间的关系，利用米散射方法求解微管腔的谐振波长。研究了微管腔储能的区域和辐射损耗，得到了辐射Q值的计算公式，分析了谐振模式对微管折射率传感器性能的影响，解释了当管芯为高折射率液体时灵敏度和Q值会同时增大的原因，并阐明了这是小尺寸微管特有的现象。发现了高阶模式灵敏度随液体折射率增加并非是单调上升的。研究了壁厚、尺寸对微管传感性能的影响，分析了微管结构的两种极限情况，即壁厚为零、半径极大时的性能。这样壁厚为零的两层结构，径向一阶模具有最大的灵敏度和Q值。对于厚壁、半径上百微米的微管，解释了在径向高阶模时，随径向量子数的增加，灵敏度出现波动的原因。