光栅耦合式在纤回音壁微腔制备与调控技术研究

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基本信息

  • 批准号：
    61905028
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    史磊磊
  • 依托单位：
    重庆大学
  • 学科分类：
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Whispering gallery mode resonator can significantly enhance the light-matter interaction by localizing the field into a very small volume for a long time, which has become an important platform for photonics research. While the quality factor and integration of whispering gallery mode resonator restrict mutually due to the limited micromachining accuracy and coupling structure. In order to achieve integrated whispering gallery mode resonator with high quality factor, this project proposes a grating coupled in-fiber whispering gallery mode resonator based on the waveguide characteristics and material properties of optical fiber. An in-fiber whispering gallery mode resonator with quality factor on the order of 10^7 is firstly fabricated by combining the selective etching aided femtosecond laser micromachining and reflow process. Then the coupling state of the whispering gallery mode resonator can be precisely tuned by modifying the mode coupling of the grating to optimize the quality factor and the amplitude at the resonant wavelength, maximizing the light-matter interaction in whispering gallery mode resonator. Benefitting from the structure characteristics of optical fiber, this project aims to realize integrated whispering gallery mode resonator with high quality factor and tunable coupling state, which may provide an effective solution for whispering gallery mode resonator based precise measurement or filtering in practical circumstances.
光学回音壁微腔通过将光场长时间限制在较小空间来极大增强光与物质的相互作用，已成为光子学研究的重要基础平台之一，但目前的微加工精度和回音壁微腔的耦合结构使得回音壁微腔的品质因子和集成度彼此制约。为实现高品质因子集成回音壁微腔，本项目根据光纤的波导特征和材料特性提出光栅耦合式在纤回音壁微腔。首先结合选择性刻蚀辅助的飞秒激光微加工和热回流表面后处理技术制作品质因子为10^7量级的在纤回音壁微腔，然后利用光栅的模式耦合特性调控回音壁微腔的耦合状态，从而优化回音壁微腔的耦合品质因子和谐振幅值，实现回音壁微腔中光与物质相互作用最大化。受益于光纤本身的结构特点，项目研究成果可实现高品质因子且耦合状态可精密调控的集成回音壁微腔，有望为实用环境下基于回音壁微腔的精密测量和光学滤波等提供一种有效的解决方案。

结项摘要

回音壁微腔采用连续全反射实现光场局域化限制，可急剧增强光与物质相互作用的强度和等效长度，已成为光子信号产生和处理的优选平台。与片上回音壁微腔相比，分离式回音壁微腔的材料和结构选择更加灵活，但耦合状态的稳定性和耦合结构的鲁棒性是限制其进一步实用化发展的的关键因素。如何在保持光纤固有传输特性的前提下增强其消逝场强度是回音壁微腔光纤耦合器需要急需解决的关键问题。本项目通过分析光纤中基于长周期光栅和二维锥形波导的消逝场增强机制建立了在纤回音壁微腔耦合模型，并在数值仿真分析结果的指导下制备了兼具高效耦合和高鲁棒性的在纤回音壁微腔耦合结构。项目研究过程中取得了一系列创新性成果，发表了受本基金资助的学术论文9篇，其中Journal of Lightwave Technology Letters 和Optics and Lasers in Engineering各1篇，Optics Letters 2篇，Optics Express 2篇，IEEE Photonics Technology Letters 3篇，授权国家发明专利2项。共7名研究生参与了本项目的研究工作，其中1人已获得博士学位，4人获得硕士学位。取得的主要研究成果如下：.(1)提出了基于长周期光纤光栅和二维锥形波导的消逝场增强方案，系统分析了光纤中微纳波导结构参数对消逝场强度的影响，构建了消逝场增强光纤耦合回音壁微腔的理论模型。.(2)实验制备了谐振峰幅值约为28dB的D型长周期光纤光栅，并用其耦合本征品质因子超过10^7量级的回音壁微腔实现10.5dB的谐振对比度。除高效耦合和高鲁棒性的特点外，D型长周期光纤光栅耦合器还具有双向工作的能力。.(3)为了进一步拓展光纤耦合器的工作波长范围，制备了二维锥形纤芯、曲率波导和柱形微槽的耦合结构，分别实现了输出线型可调、具有带通输出特性和可突破相位匹配条件限制的在纤回音壁微腔，其中带通回音壁微腔的压缩激光线宽和抑制频率噪声功能已在窄线宽激光器的研究中得到实验验证。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
In-fiber wavelength-selective reflector based on Y-junction coupled whispering gallery mode resonator
基于Y结耦合回音壁模式谐振器的光纤内波长选择反射器
  • DOI：
    10.1016/j.optlaseng.2020.106329
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Optics and Lasers in Engineering
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Shi Leilei;Wang Qianqian;Luo Jing;Zhu Tao
  • 通讯作者：
    Zhu Tao
Long-period D-fiber grating based robust and efficient bidirectional coupler for whispering gallery mode excitation
基于长周期 D 光纤光栅的稳健高效双向耦合器，用于回音壁模式激励
  • DOI：
    10.1364/oe.479223
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Optics Express
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Jing Chai;Leilei Shi;Nan Guo;Liyang Jin;Jiali Li;Miaoxin Bai;Da Wei;Wei Huang;Min Liu;Tao Zhu
  • 通讯作者：
    Tao Zhu
A Fiber-Attached Coupler for Transmission Bandpass Whispering Gallery Mode Resonator
用于传输带通回音壁模式谐振器的光纤耦合器
  • DOI：
    10.1109/jlt.2021.3052872
  • 发表时间：
    2021-04
  • 期刊：
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Leilei Shi;Qianqian Wang;Tao Zhu
  • 通讯作者：
    Tao Zhu
Graphene Quantum Dots Assisted Optically Tunable In-Core Mach-Zehnder Interferometer
石墨烯量子点辅助光学可调谐核内马赫曾德干涉仪
  • DOI：
    10.1109/lpt.2020.2997281
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Shi Leilei;Ran Hongxia;Liu Yongfeng;Wang Qianqian;Zhu Tao
  • 通讯作者：
    Zhu Tao
Control of polarization switching in a VCSEL via resonant feedback from a whispering-gallery-mode cavity
通过回音壁模式腔的谐振反馈控制 VCSEL 中的偏振切换
  • DOI：
    10.1364/ol.450124
  • 发表时间：
    2022-02-15
  • 期刊：
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Jiang, Lidan;Shi, Leilei;Zhu, Tao
  • 通讯作者：
    Zhu, Tao

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不截流条件下长距离穿湖盾构的选型及控制参数研究
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    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    土木工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王波;孔恒;张稳军;郭彩霞;史磊磊
  • 通讯作者：
    史磊磊

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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