[发明专利]一种全二氧化硅的自旋器件模拟方法

说明书

本发明公开了一种全二氧化硅的自旋器件模拟方法，属于微纳光学领域；具体为：首先，制备光纤或者波导耦合的回音壁耦合结构；通过移动光纤使其位于回音壁腔的倏逝场范围内；然后，打开激光器，激光输入回音壁腔并扫谱，通过发现透射谱的最低点确定工作波长；将输入的激光光场分成两等份在顺时针和逆时针方向分别输入回音壁微腔；使用光电探测探测各个腔顺时针逆时针模式强度；逐渐提高输入激光的功率，两个方向的光场输出会产生分化，该分化对应的就是经典自旋问题的测量结果；本发明使用认为制造的结构来实现自旋的仿真，具有共振频率可调制的特点。

技术领域

本发明涉及光学微腔的仿真领域，具体是一种二氧化硅的回音壁微腔的自旋态模拟方法。

背景技术

光学微腔是一种能够把光场限制在微米量级区域中的光学谐振腔，由光场存储，光与物质相互作用的发生平台组成。

对于球状光学微腔，其中光场存在的一个重要模式为回音壁模式，回音壁模式的形成原理是回音壁光学腔中光的全反射，而只有当光在腔中通过的路径形成了闭合路径，并且这个路径的长度是光波长的整数倍时回音壁模式才能稳定存在。回音壁模式中的光并不是完全严格的囚禁于几何体内部，在几何体外部也会存在一部分光，这部分光场被称为倏逝场。当在倏逝场中存在近波长尺度的介质结构时，会改变整个回音壁模式的光程，进而改变其共振频率，这就实现了模式的调控。

光学非线性效应是指光场的演化规律会随光场强度变化的相应，几乎所有的材料都有非线性效应。二氧化硅回音壁光学微腔中，分子存在非对称性，会诱导其产生非线性效应。当其中光场超过一定强度时二氧化硅微腔中的光场性质会产生质变。

目前常用的光学的自旋模拟方饭方法是通过强非线性晶体，例如铌酸锂等，使得其中的光场相位产生振荡的方法来模拟自旋。这个过程中必定会涉及光场相位的测量，使得模拟仪器的造价极高，此外铌酸锂等非线性晶体的制备工艺复杂，也极大的提高了造价。

发明内容

本发明直接使用二氧化硅作为基础材料，通过回音壁微腔强局域性的特征来使得二氧化硅的非线性可以被激发，在该非线性下可以产生一个直接测量光场强度的自旋模拟器，具体是一种全二氧化硅的自旋器件模拟方法，不需要制备困难的非线性晶体、不需要复杂的测量器件，基本制备材料二氧化硅是自然界的基础材料，造价低，制备过程中无污染。

所述的全二氧化硅的自旋器件模拟方法，具体步骤如下：

步骤一、搭建二氧化硅的回音壁微腔共振频率调控装置(或者应用光刻技术直接制备相应芯片)；

具体包括：激光器通过法兰耦合光纤一端，光纤搭载在核心组件上方，光纤另一端通过法兰连接光探测器，最终光探测器连接示波器。

所述的核心组件包括：二氧化硅回音壁腔，光纤/棱镜/波导，激光器，光电探测器。

在回音壁腔外侧的上方安装两个伸缩支架，支架上搭载光纤/棱镜/波导，通过调整伸缩支架的长度，进而调整光纤与回音壁腔之间的间距；同时，回音壁腔下方放置在位移器上，通过移动位移器，带动回音壁腔上下移动，从而调整回音壁腔与光纤的间距。

步骤二、通过位移器移动回音壁腔，使回音壁腔位于光纤的倏逝场范围内；

此时光纤与回音壁腔的距离为100nm左右。

步骤三、打开激光器，激光以相同的功率从顺时针和逆时针两个输入回音壁腔后，通过扫谱确定回音壁微腔的共振频率；

步骤四、将激光频率调到共振频率后，逐渐从零增加激光的功率，刚开始时回音壁两个方向输出出的强度相同，继续增加功率。在某个功率下，两个方向的激光功率会产生不同，这个值为腔的模拟阈值h。

步骤五、记录上面阈值h，每次输入相同阈值以上的激光功率，这里以1.1h为例，测试每次系统在两个方向上输出强度的强弱，并将顺时针的强度定义为自旋向上，逆时针的强度定义为自旋向下(反之亦可)；