Finding af resonanser med høj Q i en dielektrisk nanokavitet

Optiske resonatorer danner grundlaget for moderne fotonik og optik. Takket være dens ekstreme energibegrænsning, den høje- Q -faktor optisk resonator optimerer lys-stof-interaktion og fotonisk enheds ydeevne ved at muliggøre lavterskel-laser og forbedret ikke-lineær harmonisk generation.

To typiske strukturer, det fotoniske krystalhulrum og det hviskende gallerihulrum, bruges ofte til at opnå ekstremt høje Q faktorer. Imidlertid, disse strukturer kan kræve dimensioner, der er sammenlignelige med - eller flere gange større end - driftsbølgelængden. Om der er en generel måde at finde ud af alle høj- Q tilstande i en dielektrisk nanokavitet med vilkårlig form har været et grundlæggende spørgsmål.

Et forskerhold fra University of New South Wales Canberra, Australian National University, og Nottingham Trent University har for nylig udviklet en robust opskrift til at finde høj- Q tilstande i en enkelt dielektrisk nanokavitet, som rapporteret i Avanceret fotonik .

Subbølgelængde højindeks dielektrisk nanostruktur

Subbølgelængde dielektriske nanostrukturer med højt indeks er en lovende platform til realisering af CMOS-kompatibel nanofotonik. Disse nanostrukturer er baseret på to hovedfaktorer:understøttelse af elektriske og magnetiske Mie-type resonanser og reduceret spredning. En enkelt dielektrisk nanoresonator (f.eks. en disk med endelig tykkelse) understøtter høj- Q tilstand (også kendt som den kvasi-bundne tilstand i kontinuum). Ved at undersøge den kvasi-bundne tilstand i kontinuum, Huang et al. fundet en måde at let finde mange højt- Q tilstande, ved hjælp af Mie mode engineering til at forårsage en hybridisering af parrede utætte tilstande, hvilket resulterer i undgået krydsning af høj- og lav- Q tilstande.

Robust, parvis tilgang

Interessant nok, både den undgåede krydsning, og krydsning af egenfrekvenser for de parrede tilstande, førte til opdagelsen af ​​høj- Q tilstande, repræsenterer en enkel, men robust måde at finde høj- Q tilstande. Teamet bekræftede eksperimentelt højt- Q tilstande i en enkelt rektangulær nanotråd i silicium. Den målte Q -faktor var så høj som 380 og 294 for TE (3, 5) og TM (3, 5), henholdsvis (se figur). Forfatterne tilskriver den resulterende høj Q -faktorer til undertrykkelse af stråling i de begrænsede utætte kanaler eller minimeret stråling i momentumrum.

Ifølge seniorforfatter Andrey E. Miroshnichenko fra School of Engineering and Information Technology ved University of New South Wales, "Dette arbejde præsenterer en ligetil metode til at finde ud af høj- Q tilstande i en enkelt dielektrisk nanokavitet, som kan finde applikationer i integrerede fotoniske kredsløb, såsom ultra-lav tærskel laser til on-chip lyskilder, stærk kobling til polaritonlasing, og forbedrede anden eller tredje harmoniske generationer til nattesyn. "