En Plug-and-play tilgang til integreret nanoakustik

Fra stramme strenge, der vibrerer i musikinstrumenter til mikro-elektromekaniske systemer til optoelektronik, vibrationer dækker en lang række applikationer. På nanoskala, studiet af mekaniske vibrationer giver flere udfordringer og åbner op for en praktisk talt uendelig legeplads for nanoteknologier. Spændende potentielle fordele ved kontrollerede vibrationer i GHz-THz frekvensområdet omfatter bedre termisk transportstyring, nye kvanteakustiske teknologier, forbedrede optoelektroniske enheder, og udvikling af nye sensorer i nanoskala.

Imidlertid, de optiske standardteknikker, der anvendes til at generere, opdage og manipulere disse vibrationer lider af mekaniske stabilitetsproblemer, begrænset reproducerbarhed af eksperimentelle resultater, og kræver normalt store optiske effekttætheder, som mange prøver ikke kan modstå. Forskere fra Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies—C2N (CNRS / University Paris Saclay) og Quandela SAS, har foreslået en ny strategi, der samtidig løser disse problemer ved at integrere fibersystemer i pumpe-sonde eksperimenter, erstatte komplekse optiske alignment-protokoller med en plug-and-play-enhed.

Forskerne testede den nye tilgang med en single-mode fiber limet på en opto-fonisk mikrosøjle. De realiserede pumpe-probe-eksperimenter uden behov for yderligere optisk justering ud over at tilslutte fiberkonnektorer ved rumligt at overlappe mikrosøjlens optiske tilstand med fiberens kerne og lime dem sammen. Et kritisk krav i pumpe-sonde eksperimenter er udelukkende at detektere sondestrålen og afvise ethvert bidrag fra pumpestrålen på den optiske detektor. Den sædvanlige måde at opnå denne betingelse på er at bruge krydspolariserede pumpe- og sondestråler. For at overvinde polarisationsrotationen på grund af single-mode fiber, forskerne kombinerede deres fibertilgang med optisk polarisationskontrol, resulterer i et fiberbaseret krydspolariseringsskema. Fiberenheden tillader stabile pumpesondesignaler i mere end fyrre timer og kan fungere ved meget lave excitationseffekter under 1mW for at detektere vibrationer på nanoskala. Værket blev udgivet i Anvendt fysik bogstaver .

Den fiberoptofoniske mikrosøjle udgør en meget forbedret platform for reproducerbare plug-and-play pumpe-probe eksperimenter i individuelle mikrostrukturer. Det løfter nødvendigheden af ​​komplekse optiske opsætninger til at koble til mikrostrukturer. Ud over, den demonstrerede stabilitet og bekvemmeligheden ved en fiberkonnektor som det eneste nødvendige element for at forbinde en prøve med en eksisterende eksperimentel opsætning gør den transporterbar og gør det muligt at opnå ensartede målinger fra den samme enhed på ethvert laboratorium i verden. Disse resultater viser den synergi, der er til stede ved C2N, hvor en fælles indsats fra internationalt førende nanofabrikationsfaciliteter, forskningsgrupper og private virksomheder skaber en bemærkelsesværdig indflydelse i videnskabsverdenen.