[发明专利]片上光学微腔系统及其光场调控方法

说明书

本发明涉及微纳光学技术领域，提供一种片上光学微腔系统及其光场调控方法，片上光学微腔系统包括非圆形光学微腔、剪裁体和芯片；其中，所述非圆形光学微腔和所述剪裁体均集成在所述芯片上，且所述剪裁体位于所述非圆形光学微腔的内部；所述非圆形光学微腔的形状为二维的盘状，用二维极坐标描述为本发明通过在集成于芯片上的非圆形光学微腔内部插入剪裁体，对应在相空间中对不同传输结构进行针对性调控，从而对非圆形光学微腔的光学模式进行精准改变。有效解决现有技术中只能通过改变非圆形光学微腔的边界来调控微腔光场，无法对相空间中的特定结构进行精密操控的问题。

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，尤其涉及一种片上光学微腔系统及其光场调控方法。

背景技术

在回音壁微腔模式中，光子在一个准二维平面内运动，并不断在微腔边界发生全反射而不折射出腔，因此一般的回音壁模式微腔形状为近圆形或者多边形，并且在垂直于光场平面的方向存在束缚使得绝大部分能量不在第三个维度发散。

也即，回音壁模式光学微腔通过腔内全反射实现对光场的束缚，可以在很小体积内实现对光场的长时间束缚。然而，对于微腔内光子的实空间演化，其行为十分复杂，尤其是微腔边界形状不是正圆形而是变形的时候，引入“庞加莱相空间截面”(以下简称为“相空间”)的概念来描述微腔内光子的动力学过程。即微腔中的一束光线可以由两个参数描述，分别是光线在微腔边界的角向参数φ和光线与微腔边界法线夹角χ的正弦sinχ，这两个参量便张成了相空间。

在相空间中，光子的运动轨迹可以非常直观的显示为各种典型结构，比如回音壁模式结构，岛模式结构，以及不规则的混沌结构。现有技术中通过涉及微腔的边界形状来改变微腔的相空间结构，进而对微腔光场进行调控以实现不同的功能。比如：通过全混沌的跑道形微腔研究光场的混沌效应，用同时具有规则轨道和混沌轨道的脸形腔实现同时具有高品质因子和定向出射特性的微腔光学模式。以上模式只能通过对相空间进行全局的改变来实现对光场的操控，无法对相空间中的特定结构进行精密的操控。

发明内容

本发明提供一种片上光学微腔系统及其光场调控方法，用以解决现有技术中上述技术缺陷，实现非圆形光学微腔内光场性质能够针对性的进行调控。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种片上光学微腔系统，包括：

非圆形光学微腔、剪裁体和芯片；

其中，所述非圆形光学微腔和所述剪裁体均集成在所述芯片上，且所述剪裁体位于所述非圆形光学微腔的内部；

所述非圆形光学微腔的形状为二维的盘状，用二维极坐标描述为R(φ)＝R₀(1+Σ_n∈N+a_ncos(nφ))；

式中，

φ为角向参数，且满足0≤φ≤2π；

n为正整数且1≤n≤6；

a_n为系数且满足-0.3≤a_n≤0.3；

R₀为半径，且满足1μm≤R₀≤1000μm。

根据本发明提供的片上光学微腔系统，所述剪裁体的形状至少包括三角形、矩形、多边形、椭圆、不规则形状。

根据本发明提供的片上光学微腔系统，所述剪裁采用量子点、高分子材料体、空气、金、银、硅、石墨烯、铌酸锂、二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓和锗当中的一种。

根据本发明提供的片上光学微腔系统，所述非圆形光学微腔采用量子点、二氧化硅、硅、氮化硅、铌酸锂、氮化铝、氮化镓和锗当中的一种。

为了实现上述目的，本发明的第二方面提供一种片上光学微腔系统的光场调控方法，包括如下步骤：