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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

当一束圆频率高功率激光（泵浦光，简称泵光）入射非线性晶体，能在两个较低频率上具有增益，可放大相应频率的光束。相位匹配条件条件得到满足时增益最大。如果入射非线性晶体一束频率一定的光束（信号光），其光强将被放大，同时在没有光束入射的频率处产生相干光（空闲光），这就是光学参量放大过程。从光子学的角度看，这是一个泵浦光光子湮没，产生两个低频光子（分别对应信号光和空闲光）的过程。由于光参量放大可以提供可见一直到红外的可调谐相干辐射，因此在光谱研究中有广阔的应用前景。

光学微腔是一种尺寸在微米或纳米量级的光学谐振腔，它可以通过循环谐振将特定频率的光子束缚在一定区域内。光学微腔的尺寸通常可与光波波长相比较，一方面减小了微腔的物理体积；另一方面增加了腔体谐振模式的态密度，加强了光与物质相互作用， 出现了各种新的腔量子电动力学效应。根据光子局域机制的不同，光学微腔可分为法布里-珀罗腔、光子晶体腔和回音壁模式腔等。光学微腔最直接的作用是调控电磁场的局域态密度，从而增强或抑制原子自发辐射，这就是著名的珀塞尔效应，可用于获得超低阈值微型激光。当微腔内光子与原子相互作用进一步增强时，系统会进入“强耦合”区间；不同于自发辐射，“强耦合”区间的原子可将其辐射出的光子再次吸收，能量可以在原子和微腔光场之间相干传递；在“强耦合”机制下，人们可以对单个原子、单个光子状态进行精确操控，进一步实现量子态的存储与传递等。由于能量累积效应，弱光输入即可在微腔内获得高能量密度光场，这为非线性光学研究提供了一个新平台。例如，利用光学微腔，人们在毫瓦甚至微瓦光抽运功率下观察到了二次谐波、三次谐波、光学克尔效应、受激拉曼散射、受激布里渊散射和参量放大等。这些非线性光学效应在非互易光传输和存储、量子光源和微型光学频率梳等应用中具有重要意义。

微腔的品质因子高,模式体积小,因此非线性作用更强,非线性过程的阈值也更低,为研究参量放大过程提供了更多的可能，同时，更小的尺寸意味着更广阔的应用。本论文讨论的即是将参量放大过程置于增益损耗耦合腔中，研究其过程及变化。

2. 研究的基本内容

本文首先介绍了回音壁腔概念、类别、特点、优势、制备方法及回音壁腔中的各种非线性效应。Raleigh 伯爵早在 1912 年就分析了“耳语廓模式（Whisperinggallerymode 简称WGM）。因“耳语廓模式”具有极高的品质因子和极小的体积模式，可以在圆盘内循环往复的传播，一直以来都是科学界研究的热点课题。此后 Braginsky 等人与 1989 年研习了光学回廊耳语廓模式，此模式想要向前传播需要依赖于单个曲面的全反射来完成。这种模式存在于介电微盘谐振腔或者介电小球结构中，依靠全反射沿着内壁向前传播。经过实验检验发现回音壁腔的品质因子很高，其理论上的估计值超过10¹¹。由于其具有高品质的特性，那么光脉冲就可以长时间以非常低的群速度通过一个微腔，从而能够提高完成非线性过程的效率。这种腔结构与量子耦合或者量子点耦合在腔量子电动力学等领域的研究得到了广泛的应用。还有一种十分重要的应用，是利用该结构研制的大发光面积激光器。

另外介绍增益损耗耦合腔的概念、及增益损耗耦合腔的光学性质，应用等。重点讨论了增益损耗耦合腔中的参量放大过程与单腔中的参量放大过程比较。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1）实行方案

通过论文文献阅读，了解增益损耗耦合腔的研究进度及参量放大的研究现状，研究讨论将参量放大过程置于增益损耗耦合腔中会产生的变化。

（2）进度

4. 参考文献

1. jiahuali,rongyu,second-harmonicgenerationwithultralow-powerpumpthresholdsinadimeroftwoactive-passivecavities。doi:10。1103/physreva。96。013815。(2017)

2. christophsebastianwerner,tobiasbeckmann,blue-pumpedwhisperinggalleryopticalparametricoscillator。ociscodes:190。4970,190。4360,230。5750。（2012）

3. 行言,基于耦合腔阵列一维拓扑系统量子模拟的研究,04530(2018)

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