04.01 光纖光子晶體微腔探針 郎克強學習翻譯

共振的線寬和深度,作為錐度相對於諧振器位置的函數,可以定量測量諧振腔模式的質量因子和模態體積。

通過研究錐度沿不同軸線探測腔的耦合深度,可以得到腔模的極化信息。

光纖光子晶體微腔探針 郎克強學習翻譯

一、引言

光腔的質量因子和模態體積分別量化了其兩個最重要的特性,即諧振器內的光子壽命和每光子電場強度。和是研究微腔內許多光學過程的中心量,例如腔量子電動力學(CQED)中的相干原子-光子耦合、受激拉曼散射等非線性過程以及新型發射器中的增強輻射過程。二維(2-D)光子晶體中的微腔以其超小值區分,接近材料中立方半波長的理論極限。結合最近在製造和設計方面的改進,這些改進導致了超過10的因素的實驗證明,以及最近超過10的因素,這些空腔對於許多實驗尤其有趣,例如在CQED中涉及強耦合的實驗,特別是在LIGH中。他們在CQED和量子網絡未來實驗中基於芯片的集成的固有潛力。 二. 光纖錐形探頭設置

我們使用的光纖錐度由一個標準單模光學纖維(9米芯直徑,125米包層直徑)組成,該纖維按照光的波長順序同時被加熱和拉伸至最小直徑,因此對於我們實驗中使用的m,使用-m.來形成錐度。D這裡,加熱機制是基於hy-drogen的焊炬,但其他小組也研究了其他技術,如使用CO激光器。在具有適當絕熱過渡區的錐體中,通過錐體的插入損耗可能非常低;我們通常製造的錐體的插入損耗為%–%。錐度安裝在U形結構的丙烯酸酯塊上,然後將塊固定到具有50納米步進分辨率的直流電機控制軸級上。Mi-Crocavity芯片依次安裝在直流電機控制的軸級上,階躍分辨率為50納米;這樣,光纖錐度可以精確對準微腔。在CCD相機上用顯微鏡對錐腔相互作用區進行成像。錐度和空腔之間的垂直間隔可以很容易地通過以50納米的增量逐步減小錐度,直到它剛好接觸到空腔(這可以通過顯微鏡進行光學觀察),建立與零間隙相對應的電機讀數。

三、利用光纖錐度測量PC微腔

我們在這些實驗中使用的特定PC微腔遵循中開發的梯度方形晶格設計,並且預測將維持一個模式(由於其基本性質和對稱性而標記),其時域有限差分(FDTD)計算因子為10。為了在絕緣片(SOI)上的硅中製造這些咬邊裝置,同時將上述隔離檯面合併,執行以下處理步驟。

步驟1)用於從檯面移除額外材料的PC圖案和AC壓縮切口的電子束光刻。

步驟2)通過硅膜層的SF/C F基電感耦合等離子體反應離子刻蝕(ICP-RIE)。

步驟3)移除電子束電阻。 步驟4)光刻確定檯面條紋,該條紋將電子束定義的切口分割開來。

步驟5)移除檯面周圍的材料(頂部硅、底層氧化物和基底硅層的幹蝕刻)。

步驟6)移除光刻膠。

步驟7)氫氟酸溼蝕刻底層氧化層,形成獨立膜。

四、討論與結論

在前面的段落中,我們描述了一個最小直徑為波長階數的光纖錐度如何被用作超小波長標度腔的探針,其中我們所考慮的特定腔是中最初研究的PC微腔。光纖錐度可用於探測諧振模式的光譜和空間特性,允許研究模態質量因素和空間定位,給出和的定量估計。許多微腔增強過程都是這兩個參數的函數,能夠對每個參數進行實驗研究是這種探測技術的一個重要屬性。此外,通過沿腔上方不同方向對準錐度,可以獲得極化敏感信息。與模擬或理論結果相比,瞭解模式的光譜位置、偏振和在許多情況下足以明確確定模式的特性。作為將這種探測技術應用於其他類型波長尺度微腔的一個例子,光纖錐體最近已被用於探測直徑為m的硅微盤和嵌入量子點的Algaas微盤中的低語通道模式的光譜和空間特性。由於高折射率對比度微盤的輻射損耗非常低,因此,在特定材料系統中測量內置器件是一種簡單而優雅的方法,可以確定蝕刻減少和散裝材料損耗,從而使人們能夠優化用於低損耗結構改進的蝕刻工藝。由於光纖錐度測量是一種被動測量(不需要發光材料),因此這種探測技術提供了對材料系統(如硅)的光學訪問,否則只能通過端部火耦合對微加工的片上波導進行訪問。


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