回音壁模式光学微腔基础与应用.PDFVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2012 年 第42 卷 第11 期: 1155– 1175 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 中国科学技术大学物理学院专刊 评述 · 回音壁模式光学微腔: 基础与应用 * 邹长铃, 董春华, 崔金明, 孙方稳 , 杨勇, 吴晓伟, 韩正甫, 郭光灿 中国科学技术大学量子信息重点实验室, 合肥 230026 *联系人, E-mail: fwsun@ 收稿日期: 2012-07-04; 接受日期: 2012-08-03; 网络出版日期: 2012-10-26 国家自然科学基金(批准号:、国家重点基础研究发展计划(编号: 2011CB921200)和中国科学院知识创新项目资助 摘要 具有回音壁模式的光学微腔在激光, 生物探测以及量子物理中已经得到了广泛应用. 本文简要 介绍了其基本的性质和原理, 以及回音壁模式与外界的耦合, 并结合国际必威体育精装版进展以及中国科学技术大 学的研究工作, 具体介绍了回音壁模式微腔在现代科学研究中的多种应用. 关键词 回音壁微腔, 集成光学, 量子光学 PACS: 42.60.Da, 42.82.-m, 42.50.Pq, 42.55.Sa, 07.10.Cm, 07.07.Df doi: 10.1360/132012-602 在著名的北京天坛回音壁, 两个人侧向墙壁说 其实, 早在 1908 年 Mie 就在理论上通过散射谱间接 话, 即使相距很远也能够相互听得非常清楚. 类似的 研究了球形腔内的回音壁模式[5]. 随着激光研究的发 有 趣 现 象 也 在 伦 敦 圣 保 罗 教 堂 的 耳 语 回 廊 展, 1961 年贝尔实验室的 Garrett 等人[6]采用柱形的 (Whispering gallery)被发现, 并且早在 1910 年 Lord CaF2 介质制作微波谐振腔, 首次实验实现回音壁模 Raleigh 就已率先开展相关的研究工作[1]. 其原理是 式的激光, 使得高 Q 回音壁模式开始受到了人们的 声波可以不断地在弯曲光滑的墙面反射而损耗很小, 关注. 早期的回音壁模式的实验研究主要在微波波 所以声音可以沿着墙壁传播很远的距离. 这种效应 段, 直到 20 世纪 70 年代, 激光光谱技术的发展, 将 被称为耳语回廊模式 (Whispering Gallery Mode, 回音壁模式的研究扩展到了光学波段. WGM), 这里我们也将其称为“ 回音壁模式”[2] 1977 年, [7] . Ashkin 等人 在操控微小球形水滴的光 类似于声波在墙面反射, 当光在从光密向光疏 镊实验中首次观测到回音壁模式造成的辐射压力增 介质入射且入射角足够大时, 也可以在两种介质表 强效应. 耶鲁大学的Chang 教授[8]研究小组则于 1980 面发生全反射[3], 那么在弯曲的高折射率介质界面也 年在掺杂染料的聚合物微球的荧光光谱中直接观测 存在光学回音壁模式. 在闭合腔体的边界内, 光则可 了高Q 回音壁模式对应的谐振峰. 随后, 复旦大学的 以一直被囚禁在腔体内部保持稳定的行波传输模式.