Modos Mie de Q alto y Q bajo de un solo nanocable dieléctrico 2D (izquierda) y nanopartículas 3D finitas (derecha). Crédito:L. Huang et al.
Los resonadores ópticos proporcionan la base de la fotónica y la óptica modernas. Gracias a su confinamiento energético extremo, La altura- Q El resonador óptico de factores optimiza la interacción luz-materia y el rendimiento del dispositivo fotónico al permitir un láser de bajo umbral y una generación de armónicos no lineal mejorada.
Dos estructuras típicas, la cavidad del cristal fotónico y la cavidad de la galería susurrante, se utilizan con frecuencia para obtener Q factores. Sin embargo, estas estructuras pueden requerir dimensiones que sean comparables, o varias veces mayores, que la longitud de onda operativa. Si existe una forma general de averiguar todos los Q modos en una nanocavidad dieléctrica de forma arbitraria ha sido una cuestión fundamental.
Un equipo de investigación de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Canberra, La Universidad Nacional de Australia, y la Universidad de Nottingham Trent desarrollaron recientemente una receta sólida para encontrar Q modos en una sola nanocavidad dieléctrica, como se informa en Fotónica avanzada .
Nanoestructura dieléctrica de índice alto de sublongitud de onda
Las nanoestructuras dieléctricas de índice alto de sublongitud de onda son una plataforma prometedora para realizar nanofotónica compatible con CMOS. Estas nanoestructuras se basan en dos factores principales:soporte de resonancias eléctricas y magnéticas de tipo Mie y disipación reducida. Un solo nanoresonador dieléctrico (p. Ej., un disco con espesor finito) soporta el alto- Q modo (también conocido como el estado cuasi enlazado en el continuo). Al explorar el estado cuasi enlazado en el continuo, Huang y col. encontró una manera de encontrar fácilmente muchos Q modos, utilizando la ingeniería del modo Mie para provocar una hibridación de modos con fugas emparejados, resultando en el cruce evitado de alto y bajo- Q modos.
Modos de Q alta y Q baja en un solo nanoalambre rectangular (NW) con polarización TE:(a) Frecuencias propias para los modos TE (3, 5) y TE (5, 3) en función de la relación de tamaño de NW. (c) Factores Q de los modos TE (3, 5) y TE (5, 3) en función de la relación de tamaño. (c) Análisis multipolar en campos propios de los modos TE (3, 5) y TE (5, 3). (d) El panel superior es una descomposición de TE (3, 5) para el NW rectangular en modos propios para el NW circular, y el panel inferior es la descomposición de TE (5, 3) para el NW rectangular en modos propios para el nanoalambre circular. Crédito:L. Huang et al.
Robusto, enfoque por parejas
Curiosamente, tanto el cruce evitado, y cruce de frecuencias propias para los modos emparejados, condujo al descubrimiento de alta Q modos, representa una forma simple pero robusta de encontrar Q modos. El equipo confirmó experimentalmente una alta Q modos en un solo nanoalambre rectangular de silicio. El medido Q -factor fue tan alto como 380 y 294 para TE (3, 5) y TM (3, 5), respectivamente (ver figura). Los autores atribuyen la alta resultante Q -factores para la supresión de radiación en los canales con fugas limitados o radiación minimizada en el espacio de impulso.
Según el autor principal, Andrey E. Miroshnichenko, de la Escuela de Ingeniería y Tecnología de la Información de la Universidad de Nueva Gales del Sur, "Este trabajo presenta un método sencillo para descubrir Q modos en una sola nanocavidad dieléctrica, que pueden encontrar aplicaciones en circuitos fotónicos integrados, como el láser de umbral ultrabajo para fuentes de luz en chip, fuerte acoplamiento para láser polariton, y una segunda o tercera generación de armónicos mejorada para la visión nocturna ".
