MEMS环形谐振器椭圆模态中的锚损分析（英文）

环形谐振器是微机电系统(MEMS)谐振器中典型结构之一。其中,椭圆模态是环形谐振器面内振动的一阶模态,也是使用最为普遍的模态。以降低谐振器振荡时的锚损为目标,以有限元分析为技术手段,采用能量法对环形谐振器锚点的几何尺寸进行定量分析。分析结果表明,与研究者普遍认为的观点相反,谐振器锚点振荡模态的激发并不有助于提高谐振器的Q值。     

单个光纤环形谐振器的输出光学特性

采用理论推导与实验相结合的方法研究了单个光纤环形谐振器的光传输特性.理论上对光纤环形谐振结构光传输理论进行推导,实验中分别选取环形谐振器耦合区域的不同分束率,得到随频率失谐量变化的光纤环形谐振器的光透过率输出特性曲线.通过实验中测量结果与理论推导的结论进行对比分析,归纳出谐振状态下光透过特性随谐振器分束率变化的趋势,得到最佳谐振状态(临界耦合状态)时环形谐振器的分束率.通过改变环形谐振器的分束率,实现了环形谐振器输出光强度的动态可调.     

环形ZnO薄膜谐振器的横模抑制与测试分析

采用Tiersten方程研究了环形ZnO薄膜谐振器中横模寄生问题, 获得了环(圆)形薄膜谐振器的横模振动方程, 求得横模位移场解和频率色散方程; 然后采用电磁学模式合成理论进行分析, 发现环形薄膜谐振器横模频率与环形电极的内外径之比a/b有关, 振动模式可由圆形薄膜谐振器横模模式合成得到, 通过控制a/b能够抑制横模模式数和调控基膜频率. 采用外差激光干涉仪和网络矢量分析仪测量并比较了同批次的圆形和环形薄膜谐振器的上电极横模振动图样和电阻抗曲线. 振动图样显示环形薄膜谐振器振动模式可由半径为a和半径为b的圆形薄膜谐振器振动模式合成, 仅存在节圆数大于0的横模振动, 等于0的横模模式被抑制; 电阻抗曲线显示当a/b为0.436时, 环形薄膜谐振器的基频(约1217 MHz)和圆形的(0, 1)模式频率相等. 测量数据验证了模式合成理论的分析结果正确性, 为薄膜谐振器的横模抑制研究提供了理论基础和新方法.     

高功率宽谱开关振荡器

采用1/4波长开关同轴谐振器技术路线,开展了高功率宽谱微波产生及耦合输出技术研究。设计振荡器工作在200 MHz,低阻抗1/4波长同轴传输线与传输线一端的环形多通道气体火花开关构成谐振器,耦合器由集中电容和分布电感构成,实现宽谱微波的能量提取。通过数值模拟研究了振荡器的振荡及耦合输出过程,分析了高压脉冲馈入方式、谐振器阻抗特性及开关齿槽结构对环形开关导通特性的影响。数值模拟和实验结果证明,采用直馈方式、高阻结构和齿槽结构有利于形成开关多通道导通,并提高开关导通的稳定性。在输出电压为500 kV的Marx脉冲功率源平台上构建了高功率宽谱微波产生实验装置,实验得到的宽谱微波振荡频率为195 MHz,辐射因子约150 kV,频谱带宽约30%。     

可调频高功率宽谱微波的产生和辐射

 设计了一种可调谐频率的高功率宽谱微波辐射装置,装置由可调谐长度的1/4波长低阻同轴谐振器、环形开关、电容耦合器和宽谱辐射天线组成,中心频率调谐为200～400 MHz。低阻传输线与环形开关构成1/4波长短路谐振器,它产生的宽谱微波振荡通过耦合器耦合到宽谱辐射天线上辐射,而耦合器由集中电容与分布电感组成,实现宽谱微波在频率调谐范围内以较为一致的耦合度提取微波能量。通过转动螺杆滑动安装在同轴谐振器内芯上的环形开关,达到改变谐振频率的目的。最后,将可调频宽谱辐射装置与输出电压为500 kV的Tesla变压器脉冲功率源联试,得到200～400 MHz宽谱微波辐射,辐射因子为95～130 kV,频谱百分比带宽为10%～30%。     

硅微机械谐振器特性与激励光斑位置关系的研究

阐述了对硅悬臂梁谐振子进行光激励研究的结果，结果表明，谐振子的振幅与激励光斑的位置以及所激励的模态有关，在模态的两节点的中心位置进行激励，可得到最大的振幅，而且振幅随着激励光斑偏离子中心位置而下降基节点处激励时，振幅达到最小。上述结论也适用于其它点热源激励的微机械谐振器，并为点热激激励的微机械谐振器的设计和制作提供了依据。     

微型光波导陀螺中无源环形谐振器研究

光波导无源环形谐振器是微型光波导陀螺的核心敏感部件，其性能直接影响陀螺的极限分辨率和各误差项，是此种陀螺设计和制造中的关键。本文通过理论分析，对无源环形谐振器进行了深入的研究，提出了可行的光学系统设计，并结合现有先进的光学工艺，提出了加工与制造的方案。     

传输矩阵法分析微环谐振器阵列传输特性

微环谐振器可用作未来高密度、超大规模集成光路的基本构件,其重要发展方向之一是多环化、阵列化,微环谐振器阵列近来成为研究的热点。基于定向耦合器、环形谐振腔、直波导腔的基本单元传输矩阵,建立了用于分析微环谐振器阵列传输特性的传输矩阵模型。讨论了列间距对传输特性的影响,并数值模拟了不同尺度的奇数行和偶数行情况下谐振器阵列的传输特性。结合此传输矩阵模型,讨论了通过改变微环谐振器阵列的尺度以及耦合系数以实现滤波特性改善的方案。最后数值研究了最小尺度微环谐振器阵列传输特性与腔间耦合系数的关系。     

环形高温超导薄膜微波谐振器及其品质因数Q的测定

利用直流磁控溅射方法制备在ＺｒＯ２基片上的ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ高温超导薄膜，我们制成了环形薄膜微波谐振器，并对它的品质因数Ｑ值进行了测量，测量温区从８０Ｋ直到１５０Ｋ。当输入到谐振器的功率等于１ｍＷ，并且当它处在８１．２Ｋ时，谐振器在４．２１２ＧＨｚ（最小插损点处的频率）起振；这时的有载品质因数Ｑ值等于１７６，谐振点处的最小插损为－９．５８ｄＢ；在谐振峰两侧比最小插损低３ｄＢ两点之间的频率差为     

掺铒光纤的非线性折射率测量

本文报告一个测量掺铒光纤非线性折射率的新方法,该方法把掺铒光纤制作成一个环形谐振器。由掺铒光纤非线性导致的位相变化将改变环形谐振器的输出强度,通过输出强度的测量可以得出光纤的非线性折射率。实验结果证实了这种方法的可行性。     

Controlling mode locking in optical ring cavities

Imperfections in the surface of intracavity elements of an optical ring resonator can scatter light from one mode into the counterpropagating mode. The phase-locking of the cavity modes induced by this backscattering is a well-known example that notoriously afflicts laser gyroscopes and similar active systems. We experimentally show how backscattering can be circumvented in a unidirectionally operated ring cavity either by an appropriate choice of the resonant cavity mode or by active feedback control. PACS 42.60.Da; 45.40.Cc; 42.79.Bh; 42.55.-f     

基于同轴TM812模谐振腔的毫米波多注速调管

 研究了群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率和同轴TM₈₁₂模谐振腔中微波能量的提取方法,论证了其作为毫米波多注速调管的输出腔的可行性。研究结果表明:理想群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达3.29%,一般群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达1.86%;采用同轴TM₈₁₂模谐振腔与沿轴向的同轴线耦合可以实现微波能量的提取;在输出腔工作频率为100.945 GHz,外观品质因数为2 243情形下,根据估算,最大输出功率可达15 kW。     

60-GHz Band Dual-Mode Microstrip Ring Resonator Bandpass Filter Using Micromachining Technology

A new compact millimeter-wave dual-mode ring resonator bandpass filter is proposed. This filter has a 15% bandwidth at 58 GHz with 3.4 dB insertion loss. Input/output lines and ring resonator are directly connected to obtain tight coupling, and an open-end stub is inserted for dual-mode operation. This filter is fabricated on a GaAs wafer by using MEMS technology and can be applied for the millimeter- wave SoC.     

Wave propagation in deep-subwavelength mode waveguides

This Letter proposes a dielectric waveguide with deep-subwavelength mode sizes. Results of both frequency domain and time domain analysis show that the effective mode area is below λ(0)(2)/400 and can even reach λ(0)(2)/1000 (λ(0) is the wavelength in vacuum). The effective electrical mode area can be comparable to that of a hybrid plasmonic subwavelength confinement waveguide, with reduced optical absorption. In contrast to slot waveguides, which guide light in low-index materials, the proposed structure guides light in high-index materials. Results obtained in this Letter show that the losses are sensitive to the surface roughness on the tens of nanometers scale. The structure can be used to design ring resonators with a quality factor comparable to that of a diffraction-limited dielectric ring resonator with the same standing wave numbers. The property can be applied in nonlinear effect enhancement or laser design with ultralow threshold.     

Geometric effects on thermoelastic damping in MEMS resonators

The effects of geometry on the energy dissipation induced by thermoelastic damping in MEMS resonators are investigated numerically using a finite element formulation. The perturbation analysis is applied to derive a linear eigenvalue equation for the exponentially decaying rate of the mechanical oscillation. The analysis also involves a Fourier method that reduces the dimensionality of the problem and considerably improves the computational efficiency. The method is first validated by comparing the two-dimensional model to the existing analytical solutions for a simply supported beam system, and then it is extended to a three-dimensional axisymmetric geometry to obtain the energy loss as a function of the geometric parameters in a silicon ring resonator. The computational results reveal that there is a peak value for the resonant frequency when the radial width of the ring varies. In addition, the quality factor (Q-factor) decreases with the radial width as a monotonic function.     

腔镜倾斜对平面环形腔激光振荡模式的影响

从Fox-Li迭代法出发,用光学仿真软件GLAD实现了对平面环形腔的建模。利用此光学模型进行了腔镜倾斜对其本征模式影响的研究,给出了腔镜在两个方向不同倾斜角度下的谐振腔模式光强分布、光强峰值点位置及谐振腔损耗的变化。研究结果表明:腔镜倾斜使平面环形腔模式发生畸变,随着腔面倾斜加大,腔损耗增大,光强峰值点向镜边沿偏移,且腔镜在垂直于腔面方向上的倾斜对振荡模式的影响比腔镜在腔面内的倾斜对振荡模式的影响大。     

一种适用于脉冲Nd^3＋：YAG激光器的新型横模控制谐振腔

本文报道了一种新型横模控制谐振腔——圆形空心波导谐振腔。实验表明这种新型横模控制诣振腔与腔内加小孔光阑的横模控制谐振腔相比,有基模TEM_∞输出效率明显增高和远场发散角大大减小等优点,文中对其限横模机理进行了分析和讨论。     

一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究

基于亥姆霍兹共振腔单元设计并制作了一种一维局域共振型声子晶体, 针对结构中存在点缺陷的情况, 进行了实验研究. 实验结果表明, 由于点缺陷的存在, 局域共振型声禁带中出现了缺陷模式, 并且在缺陷单元周围引起了能量的局域现象, 与理论结果符合较好. 缺陷单元从两个不同的方向趋近于完美单元时, 缺陷模式分别按照不同的规律变化, 但是越靠近禁带边缘, 所局域的能量就越多. 另外, 当缺陷单元共振频率小于完美单元共振频率时, 局域能量主要集中在声波导内; 反之, 局域能量则主要集中在共振腔内. 本研究对设计新型低频声滤波装置及高声强集中装置具有一定意义. 关键词： 亥姆霍兹共振腔 声子晶体 缺陷模式 能量局域化     

Coherent-absorber mode locking of solid-state lasers

We study solid-state laser mode locking in the self-induced transparency regime of an intracavity absorber. Depending on the absorber dephasing, pulse energy, and resonator dispersion, we find stable coherent 2pi -pulse operation, pulse splitting, oscillatory pulse shapes, and smooth transition to incoherent saturable-absorber mode locking.