Las microcavidades ópticas de sílice son dispositivos fotónicos fundamentales, valorados por su pérdida intrínsecamente ultrabaja en los espectros de banda ancha y los procesos de fabricación maduros, pero desafortunadamente, sufren de una baja no linealidad óptica de segundo y tercer orden. Una característica notable de la microcavidad es el campo evanescente con fugas inherente en la superficie, lo que abre la ventana para las interacciones luz-materia en la superficie.

Ahora, un grupo de investigación dirigido por el profesor Yun-Feng Xiao en la Universidad de Pekín, en colaboración con el profesor Xiaoqin Shen de la Universidad Tecnológica de Shanghai, ha logrado una generación de tercer armónico (THG) de eficiencia récord en una microcavidad de sílice funcionalizada en la superficie. Este trabajo ha sido publicado en línea en Cartas de revisión física titulado "Óptica no lineal de microcavidad con una superficie funcionalizada orgánicamente".

En este trabajo, Se emplean moléculas orgánicas conjugadas para la funcionalización de la superficie de la microcavidad. que tienen una respuesta óptica no lineal muy grande debido a sus grandes sistemas de electrones deslocalizados. A través de una estrategia de funcionalización de superficies, es prometedor unir las microcavidades del factor de alta calidad (Q) con la vasta biblioteca de moléculas no lineales.

Dada la geometría y la dispersión del material en una cavidad, el desajuste de frecuencia óptica para la luz de la bomba y la señal del tercer armónico (TH) con sus correspondientes modos de cavidades pueden estropear la mejora doblemente resonante de la salida de TH, especialmente en microcavidades de Q ultra alto. "La no linealidad de tercer orden mejorada en la superficie es una parte de la historia del THG eficiente, "dijo Jin-hui Chen, un postdoctoral "Boya" en el grupo del profesor Xiao. "Desarrollamos el método de emparejamiento de fase dinámica aprovechando el Kerr y los efectos térmicos para abordar la desafiante dispersión del modo óptico en microcavidades de ultra alta Q".

Estos efectos introducen en colaboración un cambio de frecuencia de los modos de cavidad, y conducir a la compensación dinámica tanto de la bomba como del desajuste de resonancia TH. Como resultado, la señal TH brillante se observa bajo una potencia de bombeo de varios milivatios, con una eficiencia de conversión maximizada de hasta 1, 680 por ciento / W2, que es cuatro órdenes de magnitud más alta que la de las microcavidades de sílice pura mejor reportadas. La eficiencia de conversión ultra alta se debe a la fuerte no linealidad de las moléculas orgánicas y la mejora de la resonancia Q ultra alta tanto de la luz de bombeo como de la señal de TH.

Para identificar aún más los orígenes de las señales no lineales, los investigadores analizaron la salida de TH o frecuencia de suma de tercer orden (TSF) dependiente de la polarización de la bomba. Descubrieron que la potencia de salida TH o TSF con una polarización de bomba eléctrica transversal es aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que con una polarización de bomba magnética transversal debido a la alineación superficial de moléculas orgánicas.

"El experimento logra el récord más alto de eficiencia THG en fotónica de sílice, "dijo el profesor Xiao." Aún más importante, el trabajo puede abrir un nuevo horizonte para mejorar las propiedades y ampliar las aplicaciones de las microcavidades, que está hecho de materiales a granel convencionales, tales como sílice y nitruro de silicio. La tecnología y el mecanismo que aprendimos y desarrollamos en este trabajo, incluyendo la funcionalización de la superficie y el método de emparejamiento de fase dinámica, actuará como base para diversas aplicaciones, especialmente en fotónica no lineal sintonizable de banda ancha ".