结构应力耦合微悬臂阵列的实现及耦合悬臂间模杂化的光力诱导调节

来源 :中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chang_baoping
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本论文主要研究内容包括两个方面:首先,分析结构应力耦合微悬臂耦合强度的影响因素并加工制备和测量了耦合微悬臂阵列;然后在实验上搭建了三镜面色散光力系统,研究微悬臂的光力囚禁效应,以及囚禁效应对耦合微悬臂模杂化和集体模能量分布的调控作用。微悬臂之间的耦合通过在悬臂的固定端生长耦合层实现。理论上通过简单谐振子耦合模型分析悬臂的振动,进一步通过有限元方法模拟耦合悬臂的振动模态,两种方法获得的结果吻合。有限元模拟结果表明微悬臂间的耦合强度随悬臂间距增加呈指数衰减形式,而随耦合层宽度增加呈线性增长关系。为了测量耦合微悬臂阵列的微小振动位移,实验上搭建了激光干涉精密测量系统,测量结果与理论分析及有限元模拟一致,表明加工制备的微悬臂之间存在耦合相互作用,同时通过改变悬臂间的距离可以有效地调节微悬臂之间的耦合强度。三镜面色散光力系统中微悬臂的囚禁效应研究是本论文的一个重要研究方面。实验上利用两个镀金的光纤端面与微悬臂组成三镜面色散光力系统,光腔失谐的调节是通过纳米位移平台移动两侧光纤端面的位置来实现。利用色散光力系统中的二次光力耦合,我们实现了微悬臂的光力囚禁。改变光纤端面位置测量悬臂的有效共振频率,结果显示通过调节失谐可实现正囚禁(增大有效共振频率)和负囚禁(减小有效共振频率)。在最佳正囚禁失谐点,改变激光功率发现微悬臂的有效共振频率随激光功率的增加而线性增加。在激光功率为73.21mW时,微悬臂的有效共振频率相对其本征振动频率增大1365.8Hz。在实现微悬臂的光力囚禁后,重点研究如何利用囚禁效应调节耦合悬臂间的模杂化及集体模局域性。悬臂间的耦合使得悬臂振动模杂化形成集体模,集体模的振动频率和能量分布与微悬臂本身的有效共振频率有紧密关系,由于光力囚禁效应能改变一个悬臂的有效共振频率,因此可以通过光力囚禁调节悬臂间模态的杂化。实验结果表明:在最佳正囚禁点,通过改变激光功率可有效调节模杂化形成的集体模的振动频率以及该模态对悬臂振动的贡献。进一步研究表明通过光诱导力可调控集体模能量在悬臂上的分布,实现集体模的局域以及集体模能量在悬臂间的有效传递。
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