空心光子晶体光纤对微米级光源自发发射速率的调控

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研究光子晶体光纤对微纳米光源的自发辐射的调制对于低阈值激光器、超快光开关、高效率光发射器、单光子源等复杂光电子器件的发展有本质的意义。 本文中我们从数值模拟和实验测量两方面研究空心光子晶体光纤(HCPCF)对微米级光源(含铕的荧光分子)自发发射速率的调控。我们先用平面波展开法和有限时域差分法在数值模拟上预言了这种调制的存在。然后在实验中印证。在实验中我们通过精心选择微米级光源的直径,仅利用毛细作用轻而易举地将含铕的荧光分子选择性地导入空心光子晶体光纤的中心空气孔中,进而采用带有光谱分析仪的倒置荧光显微镜来测量含铕的荧光分子的荧光光谱。在没有带隙存在的波段中我们仍然能够非常明显地观察到自发发射速率受到的调制。实验结果与数值模拟结果完全吻合。 本文共分为五章,具体内容安排如下: 第一章:光子晶体、光子晶体光纤简介;光子晶体及光子晶体光纤对原子自发辐射调制的研究现状简介;我们的工作。 第二章原子自发辐射调制的研究背景、理论及我们的想法。介绍了原子自发辐射的理论基础——腔量子电动力学,国内外同行们的研究现状,及我们研究想法的提出。 第三章HCPCF对SP调制的数值模拟。用平面波展开法计算了与实验上所用的空心光子晶体光纤横截面结构和尺寸都一样的二维光子晶体的能带结构,用有限时域差分法计算该二维光子晶体中原子的自发辐射速率。从数值模拟上先预言了空心光子晶体光纤对原子自发辐射调制的存在。 第四章HCPCF对SP调制的实验。通过精心选择微米级光源的尺寸,轻而易举地将微米荧光粒子选择性地掺入了空心光子晶体光纤的中心空气孔中。进而在固体激光器激光的激发下,用带有光谱分析仪的荧光倒置显微镜测量了荧光光谱。在实验上印证了空心光子晶体光纤对微米级荧光分子自发辐射的调制。 第五章总结与展望。
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