微盘光谐振腔的制作研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文微盘光谐振腔的制作研究姓名：尉伟申请学位级别：博士专业：核技术及应用指导教师：裴元吉20070501中国科学技术大学溥±学靛论文摘要光谐振腔内的光的不断循环，使得在谐振腔频率附近的光能量的储存成为可能，光学微谐振腔的场的作用和反作用之间的相嚣作用可以成为一些基础研究领域鲍关键，例如腔量予魄动力学实骏，自发发射按剃，非线性光学，生物化学探溅竣及量子信患楚霪。豁强音壁蒺式王接豹毫经戆先学徽菠(氛捂檄茬、叛纛瑷及微球体)以其所具有的超高品质系数，小模式体积，以及相对简单的制作过程，使得它们成为FP型微腚以外的最有前途的

2、腔量子电动力学研究手段。基于腚量子电动力学的量子运算的实现，是一种非常有前途及希望实现的量子计算方式，瑟毒毒痰量子计算撬靛蒸疆是量子门，逛溺裹毪戆徽黢哥实瑷量予门。本文圭蘩对采用光刻以及干法刻镶进行微盘谐振腔制作工艺进行研究，并给出得到了通道光刻、反应离子束刻蚀、XeF2刻蚀得到高Q值光微谐振腔的研制结果。论文主要工作和创新之处包括：1)在国内蓠先通过光猁方法以及予法裁镪方法褥戮蔫Q蓬狻鑫谐振整，徽焘齄的Q值选到约1×105。光刻法制作徼盘谐振腔的制作步骤为；光刻，包括潦片处理，甩胶，曝光，显影以及光刻胶的处理等；对二氧化硅层的剡蚀，以形成

3、微谐振腔图形；对二氧化张层下硅层的选择性刻蚀，形成微谐振腚支撑。采用搬刻工艺方法髑雩#毫Q鏊微鑫夔，不毽溪泼避免瀵状秘蘧俸鼗戆一整不蹇穗经，霜时制作工教保证了高Q值微盘腔制作的几何尺寸可控性以及制作的重复饿，作为随后在嫩子信息和量子逻辑器件方面的实验研究工作的技术藻础。2)对到终过程孛光刻王艺送行了实验骚究。基片处理、涂黢、兜亥l荻翡蘩烘帮后烘、臻光参数、显影参数等许多方蕊都影响着僚为随后刻镶工艺掩模豹光猁胶浮雕图形质量，并最终影响微谐振胺的性能。通过实验，我们的到了适宜的光刻工艺参数。3)翱终sich该盘谐强靛腔俸熬磷巍。侵蘑c}群3麓心

4、静混合气体反应离子震刻蚀RIBE进行si02盘成溅是可行的，反应气体CHF3的引入，W提高光刻胶掩模与si02的选择比，并通过调整离子熊量、束流密度以及入射角度，得到较快的Si02刻蚀速率以及一定范围内可控的侧壁陡直度，可用于制作符合要求的Si02徽盘谮强菠图形。在搬谗叛整毒l佟实验孛凌爱2：1瓣CHFgAr溪会气薅终凳王撵气体的RIBE制作静Si02微谐振腔，得到了边缘清晰、光滑，具有近似羹藏铡壁的Si02微谐振腔腔体。实验证明，此种刻蚀方法制作Si02微谐振腔腔体鼹有精度高和易于进行刻蚀控制的优点，对保证微谐振腔的几何特缎和物理特性是有

5、利的。在瓣际上黄次遴j建RIBE褥副熊存垂壹铡黢魄Si02微{蠹振腔。4)对采阁适宜的si刻蚀方法得到Si02微盘谐振腔支撑进行实验研究。XeF2对si进行的刻蚀是一种备向同性的刻蚀，各方向的刻蚀速率与晶向或者硅掺杂物无关，丽且此反应不需要进行气体电离，在室温下即可进行，使用的刻蚀系统结构蔫摹，袤《镪条{孛易于控翱。麴疆爱熬疆表嚣耀髓纛与亥l疆嚣静XeF2气体嚣强有直接的关系。针对这种猁蚀，我们研制了一种简单的刻蚀系统，并成功地以光刻中国科学技术大学博士学位论文胶和Si02作为掩模层，实现了硅的深度刻蚀和侧面掏空的刻蚀，其刻蚀选择比大于10

6、00：1；在XeF2对硅所进行的刻蚀过程中，不会对已经成型的Si02微腔造成明显的几何形状影响，以此保证其物理特性；此刻蚀手段应用于微盘谐振腔制造过程中，得到了“蘑菇状”的Si02／Si结构的微盘谐振腔，为后续的微腔激光和量子信息逻辑器件的研制奠定了基础。关键词：微盘光谐振腔微细加工光刻反应离子束刻蚀(RIBE)XeF2刻蚀高Q值Si02微腔孛国辩学技零-大学薅：l：学秘论文FabricationofMicrodiskOpticalResonatorsAbstraetRe-cirenlationoflightwithinopticalmie

7、roresonators’volumesenablesthestorageofopticalpowernearspecificresonantfrequencies，TheimeracfionofactiveorreactivenIalerialwiththemodalfieldsofopticalmicroresonatorsprovideskeyphysicalmodelsforbasicresearchsuchascavityquantumelectmdynamics(QED)experiments,spontaneousemissi

8、oncontrol，nonlinearoptics,biochemicalsensingandquantuminformationprocessing．Optical毯ghqua