Mode dynamics in coupled disk optical microresonators

Schmidt, Carsten

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit gekoppelten optischen Flüstergalerieresonatoren in Form von Mikrodiskresonatoren und deren kollektiven resonanten Anregungen, den sogenannten Flüstergaleriemoden. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen die umfassende theoretische und experimentelle Charakterisierung gekoppelter Mikrodiskresonatoren, wobei gezeigt wird, dass durch die Kopplung mehrerer Resonatoren deren herausragende Eigenschaften, wie etwa die hohe optische Güte, nur geringfügig beeinflusst werden. Der Nachweis der optischen Kopplung der Moden in den vorliegenden Strukturen wird anhand der charakteristischen spektralen Resonanzaufspaltung erbracht, die von der Anzahl als auch der Anordnung der einzelnen Mikroresonatoren abhängt. Es wird eine Methode vorgestellt, mit welcher erstmals die Intensitätsverteilung der kollektiven Anregungen in gekoppelten Scheibenresonatoren mit einer räumlichen Auflösung im Nanometerbereich gemessen werden kann. Aufbauend auf der Realisierung gekoppelter Mikroresonatoren erfolgt die Untersuchung des Einflusses thermischer nichtlinearer Effekte auf die Resonatormoden. Diese dynamische Licht-Materie-Wechselwirkung wird durch Absorption des Lichts in den Mikroresonatoren und der thermischen Relaxationszeit des Resonatorsystems bestimmt. In diesem Zusammenhang wird eine anregungsleistungsabhängige Resonanzverschiebungen und optische Bistabilität in gekoppelten Mikrodiskresonatoren untersucht. Durch Kombination der thermischen Nichtlinearität und der charakteristischen Intensitätsverteilung der einzelnen Moden kann somit in gekoppelten Mikrodiskresonatoren eine differentielle opto-optische Resonanzverstimmung realisiert werden. Des Weiteren erlaubt die detaillierte Kenntnis der thermo-optischen Eigenschaften der Mikrodiskresonatoren die Realisierung einer Methode zur Kompensation der thermisch induzierten Resonanzverstimmungen, wodurch die Resonanzwellenlänge für einen großen Bereich der Anregungsleistung stabilisiert werden kann.

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Schmidt, Carsten: Mode dynamics in coupled disk optical microresonators. 2013.

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