摘要：近十年里微型激光发生了巨大的发展，并且由于微型的激光提供了强有力的光线限制和有效增强内部光线的相互作用的性能，使它成为了激光进步中必不可少的一部分。在微腔所有不同的模型中，回音壁模式微腔展现了高Q值、少的模式体积这样出色的光学性能，这些优异的光学性能确保了激光器低的激光阈值。此外，一些耳语廊模式腔固有的特殊性能，像双向传播和在边界跨越几百微米的几电子伏特倏逝场，可以被应用于新的应用中。因此，设计和创新回音壁模式微腔和激光引起了广泛的研究兴趣。将氧化硅光学微腔应用为光学芯片上的关键部件，对其光学性质进行调控便是非常重要的问题，本文所展示的工作将引入石墨烯做为吸收体，对微腔的光学性质进行调控。

关键词光学微腔回音壁模式石墨烯

毕业设计说明书外文摘要

Title  The tunable optical filter of the composite structure based on on-chip high Q factor optical microcavity and graphene  

Abstract：In the past few years,the microlasers have experienced a tremendous revolution.  Whispering gallery mode(WGM) microcavities and microlasers have the superb abilities of high quality factor and small mode volumes, as a result, they win a place as all the configurations. Because silicon oxide optical microcavity has many excellent optical properties, such as high quality factor, smaller model volume, etc., it has received special attention in photonics research. It is very important to apply the optical fiber microcavity as a key component on the optical chip, and the optical properties of the microcavity are very crucial. The work shown in this paper will introduce graphene as the absorber, and regulate the optical properties of the microcavity.

Keywords  microcavity  WGM  graphene

目次

1绪论 1

1.1光学微腔分类 1

1.2回音壁微腔介绍 1

2高品质因子WGM微腔 4

2.1WGM微腔的品质因子 4

2.2WGM微腔的耦合 6

3石墨烯的简介 8

4实验过程 10

4.1衬底的制备 10

4.2石墨烯的转移 11

4.3高品质因子二氧化硅微盘腔的制备 12

4.4石墨烯与光学微腔的耦合 13

结论 21

致谢 22

参考文献 23

1绪论

1.1光学微腔分类

自从发明第一台红宝石激光到现在[1]，激光技术已经取得了巨大的进步，它正慢慢渗透到了我们日常生活的方方面面。尺寸在微米级别的微型激光，引起了各个行业科研工作者的热切关注[2-6]。因此，设计出新颖的并且具有实用性的微腔已经成为微型激光研究领域中最重要的分支。

做为激光产生的基本要素，激光谐振腔，对在增益介质中的光产生了约束，并且增强了内部光线的相互作用[7]。通常来说，微腔的模型根据不同的光线限制方式可以被分为三大类：Fabry-Perot微腔，回音壁模式（WGM）微腔，分布反馈式微腔和光子晶体缺陷微腔[8，9]。其中，Fabry-Perot微腔是基于两块高反射率镜面之间的光线振荡的原理，而WGM微腔通过内部的全反射在圆环的边界确定光线。分布反馈式微腔顶部的有效区域的衍射光栅选择性地反射光线，为激光提供光学反馈。光子晶体缺陷微腔得原理是通过打破光子晶体周期性的结构，使光线被困在光子晶体缺陷中。

图1.1四种微腔结构示意图(a)法布里-珀罗腔；(b)回音壁腔；(c)分布反馈式微腔；

（d）光子晶体缺陷微腔[29]。

1.2回音壁微腔介绍

在氧化硅微腔所有的结构中，WGM微腔拥有高Q值，少量的模式体积和大的光密度这样的优点[10]。因此，这类光物质相互作用并增强的微腔被科研工作者广泛研究。此外，在腔边界上存在的倏逝波对外部的扰动非常敏感，这会导致微腔中有效光路的改变和谐振频率的偏移[11]。高的Q值和少的模式数量使WGM微腔广泛运用于各种领域，比如说传感器，集成光子电路，电动力学等[12-15]。