《複合結構高Q光學微諧振腔的構建與光學特性研究》是依託復旦大學，由劉麗英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複合結構高Q光學微諧振腔的構建與光學特性研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉麗英
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高Q迴廊耳語模式光學微腔可用來製作低閾值雷射器及光學感測器件等，已被廣泛研究。本項目將研究新型複合結構高Q光學微腔的構建及其光學特性。這裡複合結構微腔指複合腔微腔雷射器及介質/金屬納米材料構成的光學微腔。利用複合腔結構進行選模，可獲得雷射單縱模輸出特性。而介質/金屬納米材料構建的複合結構光學微腔，可利用介質微腔高Q值和在金屬納米材料激發表面電漿激元波的局域場增強效應，獲得增強的方向性雷射輸出。本課題擬採用溶膠-凝膠技術製備高Q有機/無機複合材料光學微環或微盤；通過兩個或多個不同尺寸光學微腔耦合獲得高多模抑制比的方向性單頻雷射出射；通過稀土離子摻雜或覆蓋ZnO薄膜獲得特殊波段(特別是紫外波段)的單頻激射；利用材料的熱光效應或光致異構特性實現雷射輸出頻率的調諧；構建介質/金屬複合結構微腔，獲得增強的方向性雷射輸出。本項目的實施將發展一類新型的光學微諧振腔構型，拓展光學微腔的套用範圍。
結題摘要
回音壁模式光學微腔因其具有超高品質因子、小的模式體積受到廣泛關注，在超低閾值雷射、超高靈敏光學感測、弱光非線性光學等領域有重要的套用前景。本項目旨在通過構建多介質腔耦合微腔、介質/金屬納米材料複合結構微腔等高Q 光學微腔，獲得簡單結構微腔所不能產生的新穎光學特性，在單頻方向性雷射產生等方面展示複合微腔的特殊作用。通過本項目研究，我們構建了多種不同結構的複合微腔，在單頻方向性紫外雷射出射、高靈敏度生物感測、HIV病毒檢測、弱光光開關、單納米顆粒檢測等方面取得系列性的研究結果。主要結果有，建立了用於耦合微腔雷射模式特性研究的理論模型，研究了多介質微腔耦合結構中雷射的閾值和調諧特性；製備了雙腔、三腔、四腔耦合的微腔結構，獲得了方向性出射的單頻雷射輸出，研究表明多介質腔耦合的微腔結構可有效提高單頻雷射的邊模抑制比；通過製備雷射染料微流耦合微腔和在耦合微腔上覆蓋ZnO薄膜，獲得了波長分別為387 nm和385 nm的紫外單頻雷射輸出；提出並實現了在雙腔耦合微腔結構中利用耦合微腔雷射包絡移動進行感測的新方式，實驗獲得了5930 nm/RIU的感測靈敏度，與理論計算預計一致，高出單腔微腔感測器理論極限一到兩個量級；實現了低濃度生物分子的探測，愛滋病病毒HIV的等噪聲探測極限可達140 fg/ml，比傳統的ELISA低兩個量級；合成了金納米顆粒和金納米棒並製備出高Q介質/金屬納米顆粒複合結構微腔，實現了最低開關功率為0.25 mW/mm2的全光開關；製備了金納米棒/光微流微瓶複合微腔，成功測量到半徑為50 nm的單個聚苯乙烯小球顆粒，與未加金納米棒相比，靈敏度提高了16倍；構建了介質/金屬薄膜複合微腔，觀察到了外腔類介質模式和內腔表面等離激元模式之間的強耦合現象。通過該項目，發表SCI文章11篇；在國際會議上報告13次，其中邀請報告9次；培養博士生、碩士生11名，其中畢業和即將畢業8人。
