最新光学微环谐振腔的研究与应用张浩SY1119222
微谐振腔演示稿(张浩)
2）闭腔
3）气体波导腔
第三节 光学谐振腔的作用
1）选向作用 2）选频作用 所谓谐振腔的选频作用, 是指在激光上能级和 下能级之间辐射的谱线宽度内选择出满足谐振 条件和增益阈值条件的那些分立频率的光, 使 其形成激光纵模即只有某些特定频率的光波才 能在谐振腔内形成稳定振荡称为谐振频率或纵 模频率。
三.慢光上的应用
目前用于慢光的微环谐振腔的基本几何构 型有： CROW（coupled resonator optical waveguide）
APF(all pass filter)
四 集成光波导陀螺
集成光探测器
R0 EO2
R
EO1 EI
α
3 dB Coupler
Unit Cell
集成光源模块
光学微谐振腔简介
应用物理系：张浩
课件的主要内容 第一章 光学谐振腔的基本概念和原理
第二章 微环形谐振腔的原理及特性分析
第三章 微环形谐振腔的实际应用
第一章 光学微谐振腔的基本概念和原理
第一节 光学谐振腔的基本理论 最简单的光学谐振腔：激活物质+反射镜片
第二节 谐振腔的分类 1）开腔：由两个反射镜构成，通常认为其侧面没 有光学边界（根据光束几何逸出损耗的高低，分为稳定
如果我们在绝缘体上的 硅波导结构 上增加与直波导直接耦 合的同圆心 放置的环形谐振腔个数， 就可以使 得欠耦合的谐振腔内， 更多的环内能量得以转 化为 热能损耗，增加了本征 损耗 Qi，得 到具有深凹陷光传输谱 的芯片单元。
环形光学谐振腔
环形光学谐振腔环形光学谐振腔是一种可用于实现非线性光学效应的重要器件。
它允许光在环形光路中多次反射，并在中间介质和介质之间来回传播。
这种腔体可以增加光的光程长度，从而增强非线性效应。
本文将介绍环形光学谐振腔的基本原理、应用、制备和优化方法。
1.基本原理环形光学谐振腔是由一段光纤弯曲成圆环形状制成的，两个端面上包含高反射率和低反射率衬底的半反射镜。
当光从光纤传到环形腔中，它将多次自我匹配，形成一个纵向模式。
该谐振腔的光学腔长与波长比是整数倍。
因此，当光线在腔中传播时，它将被放大和稳定，从而导致许多有趣的非线性光学效应。
2.应用环形光学谐振腔广泛应用于光学传感器、光频梳、量子计算等领域。
例如，在光学传感器中，通过改变腔长来改变环形光学谐振腔周围介质的折射率可以确定环境中的折射率，从而实现对气体、液体或固体的检测。
此外，该谐振腔还可以用于测量非线性光学介质中的精细结构、制备光量子态、增强非线性光学效应和产生新颖的非线性光学现象。
3.制备在制备环形光学谐振腔时，首先要从一个通常为光纤的单模光纤制备出间断环的光纤构架。
为了使制备的环形光学谐振腔具有足够的机械强度和耐用性，通常先要在光纤弯曲区域施加一层保护套管。
接下来，使用微切割器和腐蚀剂在光纤的表面上制作微小凸台和凹槽。
最后，通过双面刻蚀技术在光纤末端制作半反射镜，将其形成环形光学谐振腔。
这种方法可以制备出Miniaturized和高度集成的环形光学谐振腔，具有较高的革新性和灵活性。
4.优化方法为了优化环形光学谐振腔的性能，一些非常有效的方法已经被提出。
其中的一个方法是通过使用二分频技术和最佳化二分频晶体的尺寸来增加谐振腔的带宽，从而使它更适用于广域非线性效应。
另一个优化方法包括使用波导耦合全反射和自动相位控制系统来优化谐振腔的耦合和微调。
此外，通过使用具有较高对称性的环形光学谐振腔，也可以优化非线性光学效应的表现，这是因为具有足够高的对称性可以减少过渡辐射流，从而增强非线性光学过程发生的可能性。
光学微环谐振腔的研究与应用
光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulator SOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of future all-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroringresonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。
一种新颖的复合环形谐振腔的理论分析
一种新颖的复合环形谐振腔的理论分析庞拂飞【摘要】文章基于环形谐振腔所具有的非线性相位传输特性,提出了一种新型的动态光谱滤波器结构,它将全通环形谐振腔调相器接入平衡马赫-曾德干涉仪,实现复合结构的动态滤波特性.与传统的马赫-曾德干涉仪相比,此复合滤波结构可利用远小于π的相移调整实现输入光信号的开关,因此,在提高开关速度、降低调相器功耗等方面具有重要的应用价值.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2008(000)002【总页数】3页(P57-59)【关键词】环形谐振腔;马赫-曾德干涉仪;光谱滤波器【作者】庞拂飞【作者单位】特种光纤与光接入网省部共建教育部重点实验室,上海市特种光纤重点实验室,上海大学,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TN713平面集成光波导环形谐振腔自从1969年被Marcatili[1]首次提出后就受到广泛的关注，但是由于受到集成光波导制备技术的限制，直到上世纪80年代才得以实现。
值得一提的是，1997年 Rafizadeh[2]等人利用半导体材料AlGaAs/GaAs成功制备了微米尺度的微环形谐振腔，从此以后，平面光波导环形谐振腔得到了长足的发展，基于聚合物、二氧化硅、半导体化合物和溶胶-凝胶材料的环形谐振腔均有实验结果报道。
与此同时，也提出了许多新颖的、性能优良的复合环形谐振腔结构，如串联环形谐振腔、级联环形谐振腔、Sagnac干涉仪-环形谐振腔复合结构、马赫-曾德(Mach-Zehnder，M-Z)干涉仪-环形谐振腔复合结构[3～4]等，它们在光纤通信、光纤传感等各个方面均有重要的应用，如为了实现具有近似于矩形光谱滤波特性的梳状交错滤波器，Madsen等[5]采用了多个环形谐振腔提高非平衡M-Z 干涉仪的光谱通带平坦度；Pang[3]等将Sagnac干涉仪的互易性与环形谐振腔结合，实现了光谱滤波的偏振无关性。
本文基于环形谐振腔调相器的非线性相位传输特性，结合M-Z干涉仪，提出一种M-Z干涉仪与环形谐振腔复合的干涉滤波结构。
基于一维金属开口谐振环的可调带通滤波器
基于一维金属开口谐振环的可调带通滤波器
张浩;童元伟
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2018(47)7
【摘要】利用等效LC谐振电路,分析了开口环的谐振频率与等效电路电参数之间的关系.区别于传统微带传输线及附属开口环结构,本文设计了两种以开口环作为传输媒介的结构.对两种结构仿真和实验测试,实现了带宽分别为300MHz和
200MHz的带通滤波器的设计,并在开口谐振环外环一侧加载变容二极管及偏置电路实现通带频率的连续可调.从表面电流密度分别分析了两种结构的传输特性,在通带内,方环的传输系数比圆环高3dB,其中结构之间的等效间距是影响传输效率的一个重要因素.
【总页数】7页(P184-190)
【关键词】超材料;电磁异性;金属开口环;可调性;带通滤波器
【作者】张浩;童元伟
【作者单位】上海理工大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN927.23
【相关文献】
1.太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构 [J], 戴雨涵;陈小浪;赵强†;张继华;陈宏伟;杨传仁
2.基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究 [J], 艾芬;白洋;徐芳;乔利杰;周济
3.基于非对称互补开口谐振环的基片集成波导带通滤波器 [J], 尹波;黄倩倩;张晓玲;刘伽利;夏季禾;张玉瑶;梁景瑞
4.基于开口环谐振器的双频通带可调滤波天线 [J], 张胜;仝梦寒;谢振江;王俊
5.首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器 [J],
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光学微环谐振腔的研究与应用(张浩SY1119222)
光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulator SOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of future all-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total reflection theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroring resonator,analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。
集成光学环形谐振腔的研究的开题报告
集成光学环形谐振腔的研究的开题报告题目：集成光学环形谐振腔的研究一、选题背景集成光学器件在光通信、光传感等领域具有广泛应用。
而环形谐振腔作为一种重要的集成光学器件，其稳定性和灵敏度优异，在光滤波、光调制、光干涉等方面有着独特的优势。
目前，环形谐振腔的研究已经非常成熟，但是集成光学环形谐振腔的研究还处于初级阶段，受到许多制备、测量等方面问题的制约，因此集成光学环形谐振腔的研究是当前非常热门的研究领域。
二、研究目的本论文的主要研究目的是探究一种新型的集成光学环形谐振腔的制备方法，并对其进行性能测试和应用探究，为集成光学器件的应用提供一种新的思路和实现途径。
三、研究内容1、环形谐振腔的理论介绍和研究现状。
介绍环形谐振腔的原理和特点，梳理现有的环形谐振腔制备方法，总结其局限性和不足之处。
2、新型集成光学环形谐振腔的制备方法的研究。
提出一种全新的集成光学环形谐振腔的制备方法，主要采用MEMS技术和光刻技术相结合，结合我们自己的实验经验，对该方法进行详细的探究。
3、性能测试和应用探究。
对制备出来的新型集成光学环形谐振腔进行相关性能测试，如波导损耗、谐振波长、Q值、色散等方面的测试，并探究其在传感领域、光滤波器件领域、微波时钟传输等领域的应用。
四、研究意义1、提出一种全新的集成光学环形谐振腔的制备方法，解决了现有制备方法局限性和不足之处。
2、优化环形谐振腔器件的性能，提高其应用范围和性能表现。
3、为集成光学器件的应用提供一种新的思路和实现途径，具有较高的实用价值和经济效益。
五、论文结构1、绪论：论文选题的背景、目的、意义，研究内容和方法等方面的概述。
2、环形谐振腔的原理和制备方法的介绍。
3、新型集成光学环形谐振腔的详细制备方法的介绍。
4、新型集成光学环形谐振腔的性能测试及应用探究。
5、论文总结和展望。
六、预期成果1、提出一种全新的集成光学环形谐振腔的制备方法，具有高效、低成本、高精度的优点。
2、成功制备出一种全新的集成光学环形谐振腔器件，并进行相关性能测试。
异质微环谐振腔双稳态及全光存储器应用
异质微环谐振腔双稳态及全光存储器应用作者：王婷沈微宏 SCHOENHARDT Steffen 张启明来源：《光学仪器》2024年第02期摘要：提出了一种基于异质集成波导的微环谐振腔，对其双稳态现象进行了研究分析，并将其应用于全光存储功能的实现。
异质集成波导具有超高的克尔非线性效应，不受热光效应和载流子响应的限制，在超快克尔非线性效应的支持下，该结构具有快速全光切换的能力。
设计了一个高品质因子 Q =77565的微环谐振腔，用耦合模式理论模拟了其双稳态现象。
在峰值功率为474fJ，宽度为20ps 的脉冲激励下，该微环谐振腔很好地实现了全光存储功能，并通过波分复用的串联微环结构展示了波长可寻址的四位光存储器。
研究了基于超高克尔非线性效应的双稳态现象，为实现超快切换速度提供了可能性，在光存储、光开关、人工智能研究等方面具有一定的参考价值。
关键词：微环谐振腔；双稳态；克尔非线性效应；光存储中图分类号：O436.4文献标志码：ABistability in hybrid micro-ring resonator for all-optical memoryWANG Ting1，2，SHEN Weihong1，SCHOENHARDT Steffen1，ZHANG Qiming1（1. Institute of Photonic Chips， University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai200093， China;2. School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai200093， China）Abstract： In this paper， we propose a heterogeneous integrated waveguide platform. The bistable behavior of a micro-ring resonator is observed and analyzed， and the implementation of all-optical memory is shown. The proposed heterogeneous integrated waveguide has strong Kerr nonlinear effect， without the restrictions on thermo-optical effect and free-carrier lifetime. Pure Kerr nonlinear effect enables the ultra-fast all-optical switching. We designed a micro-ring resonator with high quality factor Q =77565. The bistable behavior was simulated based on coupled mode theory （CMT）， and an all-optical memory was realized under the pulse excitation with peak powerof474fJ and pulse width of20ps. Besides， we demonstrated the wavelength addressable four-bit optical memory using four micro-ring resonators cascaded by wavelength division multiplexing. This paper investigates the bistability based on high Kerr nonlinear effect， which provides the possibility of achieving ultra-fast all-optical switching， and shows certain research significance on optical storage， optical switching， and artificial intelligence.Keywords： micro-ring resonator；bistability；Kerr nonlinear effect；optical memory引言光學双稳态广泛应用于光学开关、光学逻辑门、光学存储等方面，是集成光子学持续关注的一个话题。
光学微环谐振腔的研究与应用张浩SY1119222
光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulator SOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of future all-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroringresonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。
光子晶体光振子谐振腔微腔设计及其应用研究
光子晶体光振子谐振腔微腔设计及其应用研究光子晶体光振子谐振腔微腔是在光子晶体中构建的微尺度的谐振腔结构，它能够将光子振荡在腔内进行反复增幅，具有高品质因子和小模式体积的特点。
因此，光子晶体光振子谐振腔微腔被广泛应用于光子学领域的多个研究方向。
首先，光子晶体光振子谐振腔微腔在光子学传感中具有重要作用。
由于光子晶体光振子谐振腔微腔的高品质因子和小模式体积，它可以增强光与物质相互作用的强度，提高传感器的灵敏度。
例如，可以在微腔中加入感应层以实现化学气体传感器的制造。
当感应层中的物质与待测气体相互作用时，光子晶体光振子谐振腔微波的传输特性将发生变化，通过测量输入和输出的光功率变化，可以在微腔中实现高灵敏度的气体检测。
其次，光子晶体光振子谐振腔微腔在光子器件中有广泛应用。
谐振腔是光子振荡器件的重要组成部分，可以用于实现光学逻辑门、光电二极管、光放大器等器件。
通过调整光子晶体光振子谐振腔微腔的结构参数，可以调控光的共振频率和频谱响应，从而实现对光的频率转换、选择性放大等功能。
此外，利用光子晶体光振子谐振腔微腔的非线性效应，还可以用于实现光学非线性器件，如光学倍频器、光学调制器等。
通过将光子晶体光振子谐振腔微腔与其他光学元件结合，可以实现高效率的光学器件，拓展光子学应用的新可能性。
最后，光子晶体光振子谐振腔微腔还在量子光学研究中发挥重要作用。
量子光学是利用光与物质相互作用的量子效应进行研究的领域，其中包括量子纠缠、量子隐形传态等。
光子晶体光振子谐振腔微腔通过增强光与物质的相互作用，可以有效地实现光与离子、原子等量子系统的相互耦合。
这种强耦合状态可以在光子晶体光振子谐振腔微腔中实现，被用于实现量子态的生成和操控。
因此，光子晶体光振子谐振腔微腔在量子光学领域的研究中具有很大潜力。
总之，光子晶体光振子谐振腔微腔是一种具有高品质因子和小模式体积的微尺度谐振腔结构，它在光子学领域的传感、器件和量子光学研究中具有重要作用。
光学微腔特性研究及其应用
对称性，光线在腔内能够以同一入射角持续全反射。在有限次反射之后，光线会 回到原点A。当满足相位匹配条件，在谐振腔内会形成等间距的共振模，这种模 式就称为回音壁模式。
回音壁式微腔（WG型微腔）
理论分析
无论是三维的微盘还是二维的微环，它们的回音壁模式分析都可以通过有效折 射率法和不同的边界条件设定简化为二维的微盘的本征模式分析。二维的微盘 的回音壁模式在柱坐标下可以严格地分解成横电模（TE）和横磁模（TM）两 者都可以通过Maxwell方程得到对应的Helmholtz方程：
光学微腔分类
3.回音壁式微腔（WG式微腔）
光波在腔内沿环形回路形成谐振，并通过腔内高折射率介质与外部低折射率介质 所构成的全反射界面来形成对光的强限制。按腔的形状，WG型腔可分为环形腔 和多边形腔，其中环形腔包括微球、微盘、微环、微柱等；多边形腔则包括三角 形、四边形、甚至六边形腔。通过圆形微腔，我们可以用全反射理论很容易地理
谢谢！
光学微腔分类
依据腔体对光场的不同限制机理
1.法布里波罗型微腔（FP型微腔）
其有源区多为量子阱材料，有源区上下两边分别由具有极高反射率的反射镜组成 ，光在两个反射镜中反射形成谐振。FP型微腔的反射镜多为分布布拉格反射 (Distributed Bragger Reflector, DBR)。对于FP微腔,由于其腔长短,单程增益 小，因此只有FP腔镜面具有很高的反射率时才能形成高品质因子腔。 对于半导体材料来说，由于各层材料之间的折射率相差较小，单层DBR的反射率 较低，一般需要精密生长二十对左右的DDB才能达到99%以上的镜面有效反射率。 而且，由于FP型微腔激光器的出光方向垂直于表面，非常适合于制作高密度的二 维激光器阵列。其中，具有代表性的FP型微腔激光器是垂直腔面反射激光器 (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)。
光学谐振腔在微纳量子系统中的应用
光学谐振腔在微纳量子系统中的应用光学谐振腔是一种常用的光学器件，其主要作用是储存光子并增强光与物质相互作用的效率。
由于其极高的品质因子和灵活性，光学谐振腔被广泛应用于微纳量子系统领域，如光子学、量子计算、量子通信等。
一、光学谐振腔的基本原理和特点光学谐振腔采用反射式结构，即将一定长度的光路限制在一个封闭的空腔内，通过在空腔内产生反射与干涉，实现了光场的增强。
谐振腔的核心参数是品质因子（Q因子），它是谐振腔内自然能量衰减的速度与腔内能量总量的比值。
Q值越高，意味着能量在谐振腔内的滞留时间越长，能够在微观尺度下实现单光子相互作用。
二、光学谐振腔在光子学和量子计算中的应用在光子学中，光子在谐振腔中的弛豫时间常数与其发射频谱密切相关，用于光谱学分析、测量其它光学参数，如色散、非线性光学等。
在量子计算中，创造一个长精度干涉区域的微型谐振腔可以使单个光子在量子逻辑门之间传输，达成一定的量子计算目标。
三、光学谐振腔在量子通信和光学传感中的应用在量子通信中，光学谐振腔是量子隐形传态和量子密码通信实现的重要器件。
谐振腔可以使光子间直接相互作用，实现量子比特之间的交互，进而实现量子纠缠操作。
此外，谐振腔还可以通过调制耦合滞留在变换后的模式中的信号，构建旁路粒子干涉（PBSI）方案，用于在光学量子计算中进行量子纠错。
在光学传感方面，光学谐振腔可以测量光子的微小位移和振动，在微米级别内提供高灵敏度和高解析度的测量。
通过吸附在表面的分子的振动频率产生位移，根据谐振腔的输出信号反馈调整，实现进一步的微量探测。
四、结语光学谐振腔在微纳量子系统中具有很强的应用价值，其高品质因子和灵活性使其适用于多种场景下。
未来，我们可以进一步利用其特性作为开发新光学元件、量子传感、量子计算的基础，推动微观尺度下量子信息的完美融合。
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光学微环谐振腔的研究与应用张浩S Y1119222光学微环谐振腔的研究与应用摘要：随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
本文首先说明了光的全反射理论和波导的基本结构。
然后介绍了光学微环谐振腔器件原理和他们的光学传输特性。
基于绝缘体上硅波导（Silicon-On-Insulator SOI）的微纳米环形谐振腔，由于其尺度为微纳米范围，具有超高的集成度并且其加工技术可以和互补型金属氧化物半导体(Complementary metal–oxide–semiconductor COMS)工艺相兼容，使其正在成为光器件加工的诱人方案。
我们在这里提出一种耦合的集成光波导结构，这样的结构可以使集成化的光波导陀螺的灵敏度得到加强。
关键词: 微谐振腔, 光波导，SOI，陀螺RESEARCH&APPLICATIONS OF OPTICAL MICRORINGRESONATORSAbstractWith the development of fiber-optic communication technologies, high-performance and low-cost are both desirable for optical communication networks.The core technology includes small-size optical waveguide devices with the potentials for integrations.In addition, optical waveguide devices with various functions for all optical signal processing are becoming more important for the realization of futureall-optical networks.The microring resonator is a suitable candidate to meet these two requirements.Moreover, its small size is very suitable for integration with large dimension.In this thesis, we first introduce the light of total internal reflection (TIR) theory and the basic structure of waveguide. Then we introduce the principle of mcroring resonator, analysis their transmission property. Micro-ring resonators based on silicon- on-insulator (SOI) structure are promising building-blocks for ultra-compact and highly integrated photonic circuits. The fabrication technology is mostly CMOS-compatible.We propose a configuration of integrated waveguide structure consisting of resonators coupled to an arc-shape waveguide. Such proposed configuration can be used to realize highly compact optical gyroscope for rotation sensing.Key words: microresonators ,waveguide ,SOI ,Gyroscope1. 引言光通信，顾名思义，即用光作为信息的载体来传递信号，在通信不发达的古代，人们就已经懂得利用光来传递信息。
早在公元前 11 世纪，人们就通过在烽火台上点燃烟火来传递信号，以满足国家在政治和军事方面对通信的需要。
不过这种简单的通信方式的应用范围还是非常局限的。
自从 1960 年美国科学家梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，2009 年的诺贝尔物理学获得者高琨(Charles K.Kao)和他的同事霍克曼(G.A.Hckman) 于 1966 年提出玻璃纤维可传输光信号，并指出通信光纤的要求是每公里衰减小于 20 分贝(dB)之后[2]，通信领域进入了一个崭新的时代——光纤通信技术时代。
随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件，例如能同时实现光学滤波器、延迟线、缓存器和各种全光信号处理的基本单元，通过大规模集成该单元在一个衬底上实现功能强大的光子学“片上系统”。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成，同时能实现包括滤波器、延迟线、缓存器、激光器、路由器、波长复用/解复用器、光开关、调制器、波长转换器、码型转换、逻辑门和传感器等功能单元，功能非常强大，因此微环己成为光纤通信和集成光学领域的研究热点之一。
最近发展的绝缘体上的硅(SOI)结构，由于该结构的硅芯层与二氧化硅的覆层之间具有高的折射率差，光被限制在很小的范围内，器件的尺度可以很小，所以 SOI已经成为良好的单片集成电路平台[3]。
文献[4]中报道了由 100 个微环谐振腔以耦合谐振腔或者全通滤波器级联的结构图 1-1 所示。
图1-1级联的微环谐振腔的全通滤波器（APF）结构（b）和谐振腔耦合光波导（CROW）结构（c）实现延时线2. 光波导的基本原理2.1 基本光学理论光在波导里传输的最基本原理是光的全反射原理，由斯涅耳折射定律可知：«Skip Record If...»（1）«Skip Record If...»分别为介质的折射率，«Skip Record If...»分别为入射角和折射角。
当光由光密介质（折射率«Skip Record If...»比较大的介质）射入光疏介质（折射率«Skip Record If...»比较小的介质）时（比如由水入射到空气中），如果入射角«Skip Record If...»等于某一个角«Skip Record If...»时，折射光线会沿折射界面的切线进行，即折射角«Skip Record If...»=90。
,此时会有sin«Skip Record If...»=1,则可推得sin«Skip Record If...»= sin«Skip Record If...»= n2/n1。
但如果入射角«Skip Record If...»大于这一个值«Skip Record If...»时，入射角的正弦sin«Skip Record If...»> n2/n1，会推得sin«Skip Record If...»>1。
这在数学上是没有意义的，所以此时，不存在折射光，而只存在反射光，于是便发生全内反射。
而使得全内反射发生的最小入射角«Skip Record If...»叫做临界角，它的值取决于两种介质的折射率的比值，即«Skip Record If...» =sin-1( n2/n1)。
例：水的折射率为1.33，空气的折射率近似等于1.00，临界角«Skip Record If...»等于sin-1(1/1.33)= 48.8当光线经过两个不同折射率的介质时，部份的光线会于介质的界面被折射，其余的则被反射。
但是，当入射角比临界角大时（光线远离法线），光线会停止进入另一接口，反之会全部向内面反射。
这只会发生在当光线从光密介质（较高折射率的介质）进入到光疏介质（较低折射率的介质），入射角大于临界角时。
因为没有折射（折射光线消失）而都是反射，故称之为全内反射（如图2-1）。
例如当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。
最常见的是沸腾的水中气泡显得十分明亮，就是因为发生了全内反射。
图2-1全反射原理图2.2 波导的结构分析薄膜波导是最简单的光波导类型，对薄膜波导的分析，在光波导领域具有典型意义。
另一方面，薄膜波导又是集成光学的技术基础。
薄膜波导也称平面介质波导，其结构如图2-2所示，是由两层低折射率介质膜和中间夹有的一层高折射率介质膜所组成的三层结构。
中间一层称为芯层，折射率为n 1，是光波传播的通道，下面一层称为衬底，折射率为n 2，上面一层称覆盖层，折射率n 3。
上下两层都是限制光线的阻挡层。
为了保证光线在芯层的传播，必须要求n 1大于n 2 和n 3，一般设定n 1＞n 2 ＞n 3。
波导光线均匀介质波导的芯层光线沿直线传播，经与上下界面的反射和折射，形成锯齿形光线。
z«S «Sn 3 复盖层n 1 芯层n 2 衬底 图2-2 薄膜波导结构及其中的光线路径 x光线可分为两种，满足全反射条件的光线，始终被束缚在芯层内，称为束缚光线或导波光线，未满足全反射条件的光线称为折射光线或辐射光线，这种光线可穿过界面进入衬底或覆盖层。
3. 微谐振腔的工作原理20世纪60年代，集成光学这一新学科的诞生引起全世界物理学、化学和材料科学等领域科学家的极大关注生从此掀起了研究集成光学的热潮。
目前，集成光学元件以其体积小、结构紧凑坚固、抗干扰能力强、稳定可靠、寿命长等优点，在通信、军事、电力、天文、传感等应用领域中发挥着重要作用。
光波导是集成光学重要的基础性部件，具有下包层、芯层和上包层的基本结构，其芯层折射率高于下包层和上包层的折射率，这样便可以将光波束缚在光波长量级尺寸的芯层介质中传输。