对向双光驱动回音廊模光机械参量调控的研究

Stimulated Brillouin scatting (SBS) will result in opto-mechanics in whispering gallery mode microcavities (WGMMC), which has already been applied in the field of stimulated Brillouin laser, microwave synthesizer and light storage. Most of these applications were based on the generation configuration of SBS, in which Stokes or anti-Stokes signal was generated by the structure spontaneously and could not be modulated effectively. All-optical controlling is hard to realize and typical applications of SBS cannot be applied with such configuration in WGMMC to achieve compact size and low threshold, for example, applications in the field of microwave photonics and utilizing mutually cross-gain modulation. Now we will explore amplifier configuration of SBS with both pump and probe beams applied in WGMMC. In the project, after achieving a stable SBS in WGMMC under amplifier configuration, we will try to build gratings along the circumference of the cavity and realize all optical controlling based on back-scattering SBS in WGMMC. Its applications such as optical band-pass filter of microwave, optical frequency sensing and group velocity control will be highlighted in the research. These results will benefit the applications of signal processing of microwave, high sensitivity sensing, group velocity control and coupling manipulation in WGMMC.

回音廊模微腔中受激布里渊散射效应（SBS）形成的光机械已广泛实际应用于受激布里渊激光器、微波合成器、以及光存储等领域中。目前绝大多数此类SBS应用都是基于发生器的配置，不能对信号光（斯托克斯或反斯托克斯光）进行有效的调制，光控光操作难以实现，限制了光机械中受激布里渊散射效应在微波光子学、交叉互相位调制等方面的应用。本项目拟提出对向双光驱动的模式下回音廊模光机械SBS效应的研究，深入探索此模式下回音廊模光机械参量调控的基本规律与特性，研究回音廊模微腔中环形（弧形）光栅制备技术，在回音廊模微腔光机械中实现微型化、低阈值的背向SBS光控光，发展其在微波信号处理、高灵敏度频率传感、群速调控以及耦合控制等方面的应用。此项研究将突破现有限制，大大地推动回音廊模光机械在相关领域中的应用。

项目针对WGM中受激布里渊散射（SBS）光的配置多为发生器模式，而没有放大器的对向泵浦，提出研究对向泵浦WGM光机械的机制与应用。主要研究内容为在对向泵浦的配置下，SBS效应的特性与应用。尝试将群速调控，自建光折变光栅等引入到回音廊模SBS的应用之中。在研究的过程中，我们实现了对向泵浦SBS信号压制，利用相干光在硫系玻璃微纳光纤中构建了回音廊模微腔阵列并应用于传感，在微腔中，实现了SBS的自泵浦快光并分析了其机制。在研究过程中，我们注意到了对向泵浦对微腔的稳定性有一定的要求，而微腔的临界耦合决定了其在耦合过程中双向不稳定性。在实现了微腔与双模光纤相互作用以及基于此的带通滤波基础上，我们不但开发了1540-1570纳米的可调谐窄线宽激光器（全谱线宽小于5kHz），而且提出了准临界耦合的概念并将其应用于可调带宽滤波器，带阻滤波从4.8 MHz至327.1 MHz可调，带通滤波从15.3 MHz到327.1 MHz连续可调，而插入损耗变化小于10%。最新的研究表明，应用正交偏振模实现的准临界耦合可以使稳定耦合的区间大于1微米，从而使飞秒激光直写与光刻技术可以用于制备片上微腔的耦合结构。此外，基于偏振模耦合回音廊模微腔，我们证明了连续可调的Fano线型，并给出了与实验符合得很好的理论模型。. 特别地，在本项目支持下，青年基金的超声波调制的研究在光纤涡旋，矢量光束，可调谐激光器，外差探测及移频等多个方面开花结果。项目执行期间，标注成果的期刊论文17篇，参加的会议报告及海报累记22次，申请发明专利三项，其中两项已授权。. 项目的研究结果对于微腔中的受激布里渊散射的应用进行了有益的尝试与拓展，对于WGM微腔耦合稳定性的研究，则对于窄线宽激光器，微波光子学研究等有着非常重要的意义和实用价值。这一方向也是项目结束后研究的继续发展方向。