回音壁模式液晶微腔温度传感器的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文回音壁模式液晶微腔温度传感器的研究硕士研究生：王岩指导教师：刘永军副教授学科、专业：光学工程论文主审人：孙伟民教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文回音壁模式液晶微腔温度传感器的研究硕士研究生：王岩指导教师：刘永军副教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngIn

2、vestigationofWhisperingGalleryModesLiquidCrystalMicrocavity-basedTemperatureSensorCandidate:WangYanSupervisor:AssociateProfessorLiuYongjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:OpticalEngineeringDateofSubmission:December,2017DateofOralExamination:March,2018

3、University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论

4、文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要由于具备极高的品质因子(Q)和极小的

5、模式体积，回音壁模式(Whisperinggallerymode,WGM)光学微腔能够极大的增强光与物质的相互作用，因此吸引了各领域研究学者的浓厚兴趣，在诸如激光、传感、生物探测、非线性光学以及量子物理等领域表现出巨大的应用潜力。基于WGM微腔传感器作为微腔应用研究中最具代表性且最重要的分支，近年来受到了广泛关注，而传感器件灵敏度的进一步提高成为其未来发展的关键突破点。液晶(Liquidcrystal,LC)凭借其特有的双折射特性和良好的电磁、温度响应特性占据了显示领域的半壁江山。将LC与WGM光学微腔结合而衍生出的液晶微滴WGM腔融合了二者的优点，兼

6、具制作简单、操作灵活以及经济性好的优势，同时有望提高其作为传感器件的灵敏度。本文围绕液晶微滴WGM腔的传感特性展开了一系列实验研究，验证了不同类型液晶微滴内的WGM谐振特性，并实现了基于液晶微滴WGM腔的高灵敏度温度传感。具体的研究内容包括：(1)采用火焰加热拉锥法制备了锥形毛细微管，在低折射率水环境中用其制备了染料掺杂胆甾相液晶(Dye-dopedcholestericliquidcrystal,DDCLC)微滴。在532nm脉冲激光激发下，观测到了DDCLC微滴内典型的WGM激光发射光谱，实验得到的激光发射阈值约为0.9μJ。从理论仿真和实验两个方

7、面验证了CLC微滴内WGM谐振本质：建立了CLC微滴的FDTD仿真模型，仿真结果验证了微滴内部光传播的WGM谐振行为；实验中，研究了DDCLC微滴尺寸对其激光发射波长、FSR值、Q值等参数的影响，结果表明各参数随微滴直径的变化规律符合WGM谐振特性。此外，设计进行了DDCLC微滴WGM腔的温度传感实验，分别得到了高达-1.5nm/°C的温度传感灵敏度和2.73×10-2°C的温度分辨率。(2)通过锥形光纤波导产生的倏逝波耦合向列相液晶(Nematicliquidcrystal,NLC)微滴，在透射光谱中观测到了NLC微滴腔的WGM谐振峰，相应谐振模式的

8、Q值约为2.8×103。实验中观察到了由于NLC微滴自然变形引起的光谱模式分裂现象，分析得出其