04.01 光纤光子晶体微腔探针 郎克强学习翻译

共振的线宽和深度,作为锥度相对于谐振器位置的函数,可以定量测量谐振腔模式的质量因子和模态体积。

通过研究锥度沿不同轴线探测腔的耦合深度,可以得到腔模的极化信息。

光纤光子晶体微腔探针 郎克强学习翻译

一、引言

光腔的质量因子和模态体积分别量化了其两个最重要的特性,即谐振器内的光子寿命和每光子电场强度。和是研究微腔内许多光学过程的中心量,例如腔量子电动力学(CQED)中的相干原子-光子耦合、受激拉曼散射等非线性过程以及新型发射器中的增强辐射过程。二维(2-D)光子晶体中的微腔以其超小值区分,接近材料中立方半波长的理论极限。结合最近在制造和设计方面的改进,这些改进导致了超过10的因素的实验证明,以及最近超过10的因素,这些空腔对于许多实验尤其有趣,例如在CQED中涉及强耦合的实验,特别是在LIGH中。他们在CQED和量子网络未来实验中基于芯片的集成的固有潜力。 二. 光纤锥形探头设置

我们使用的光纤锥度由一个标准单模光学纤维(9米芯直径,125米包层直径)组成,该纤维按照光的波长顺序同时被加热和拉伸至最小直径,因此对于我们实验中使用的m,使用-m.来形成锥度。D这里,加热机制是基于hy-drogen的焊炬,但其他小组也研究了其他技术,如使用CO激光器。在具有适当绝热过渡区的锥体中,通过锥体的插入损耗可能非常低;我们通常制造的锥体的插入损耗为%–%。锥度安装在U形结构的丙烯酸酯块上,然后将块固定到具有50纳米步进分辨率的直流电机控制轴级上。Mi-Crocavity芯片依次安装在直流电机控制的轴级上,阶跃分辨率为50纳米;这样,光纤锥度可以精确对准微腔。在CCD相机上用显微镜对锥腔相互作用区进行成像。锥度和空腔之间的垂直间隔可以很容易地通过以50纳米的增量逐步减小锥度,直到它刚好接触到空腔(这可以通过显微镜进行光学观察),建立与零间隙相对应的电机读数。

三、利用光纤锥度测量PC微腔

我们在这些实验中使用的特定PC微腔遵循中开发的梯度方形晶格设计,并且预测将维持一个模式(由于其基本性质和对称性而标记),其时域有限差分(FDTD)计算因子为10。为了在绝缘片(SOI)上的硅中制造这些咬边装置,同时将上述隔离台面合并,执行以下处理步骤。

步骤1)用于从台面移除额外材料的PC图案和AC压缩切口的电子束光刻。

步骤2)通过硅膜层的SF/C F基电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)。

步骤3)移除电子束电阻。 步骤4)光刻确定台面条纹,该条纹将电子束定义的切口分割开来。

步骤5)移除台面周围的材料(顶部硅、底层氧化物和基底硅层的干蚀刻)。

步骤6)移除光刻胶。

步骤7)氢氟酸湿蚀刻底层氧化层,形成独立膜。

四、讨论与结论

在前面的段落中,我们描述了一个最小直径为波长阶数的光纤锥度如何被用作超小波长标度腔的探针,其中我们所考虑的特定腔是中最初研究的PC微腔。光纤锥度可用于探测谐振模式的光谱和空间特性,允许研究模态质量因素和空间定位,给出和的定量估计。许多微腔增强过程都是这两个参数的函数,能够对每个参数进行实验研究是这种探测技术的一个重要属性。此外,通过沿腔上方不同方向对准锥度,可以获得极化敏感信息。与模拟或理论结果相比,了解模式的光谱位置、偏振和在许多情况下足以明确确定模式的特性。作为将这种探测技术应用于其他类型波长尺度微腔的一个例子,光纤锥体最近已被用于探测直径为m的硅微盘和嵌入量子点的Algaas微盘中的低语通道模式的光谱和空间特性。由于高折射率对比度微盘的辐射损耗非常低,因此,在特定材料系统中测量内置器件是一种简单而优雅的方法,可以确定蚀刻减少和散装材料损耗,从而使人们能够优化用于低损耗结构改进的蚀刻工艺。由于光纤锥度测量是一种被动测量(不需要发光材料),因此这种探测技术提供了对材料系统(如硅)的光学访问,否则只能通过端部火耦合对微加工的片上波导进行访问。


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