تحليل تأثير الرنانات متعددة الأضلاع على قيمة Q

الأبحاث

تحليل تأثير الرنانات متعددة الأضلاع على قيمة Q

نحو تحسين الرنانات الضوئية الدقيقة ذات القيمة Q العالية

من أجل تحقيق حبس بصري أفضل في الرنانات الضوئية الدقيقة، يتم تركيز الاهتمام على تصنيع الرنانات الضوئية باستخدام مواد بلورية ذات امتصاص بصري أقل. وقد طور مختبر تانابي طريقة لتصنيع الرنانات الضوئية مباشرة باستخدام تقنية نمو البلورات تسمى طريقة قاعدة الذوبان بالليزر، ولكن أصبح من الواضح أن الشكل المقطعي العرضي يصبح متعدد الأضلاع. هذه المرة، قام مختبر تانابي بتحليل كيفية تغير قيمة Q للوضع الموجود في مرنان متعدد الأضلاع مع تغيره من دائري إلى سداسي، وأوضح إرشادات للحصول على قيمة Q أعلى. ركزنا على وضعين: وضع معرض الهمس المضطرب (WGM) وشبه WGM (الشكل 1 (أ) و (ب)). Perturbed-WGM هو الوضع الذي يدور بينما ينعكس تمامًا على طول جوانب الرنان، وشبه WGM هو الوضع الذي ينعكس تمامًا على كل وجه من وجوه المضلع.
قمنا بتحليل هذين الوضعين باستخدام نصف قطر الانحناء r لزوايا الرنان السداسي كمعلمة.

الشكل 1 (أ) وضع معرض الهمس المضطرب (ب) وضع معرض الهمس شبه.

عندما يتم تغيير استدارة الزوايا، تتغير أطوال موجات الرنين لـ WGM المضطرب وشبه WGM، ولكن نظرًا لاختلاف معدل التغيير، يتقاطع الوضعان حول r = 17.7 ميكرومتر (الشكل 2 (أ)). . عندما نقوم بتكبير التقاطع (الشكل 2 (ب))، نجد أن القمتين الطيفيتين مضادتان للتقاطع، مما يشير إلى أن الوضعين مقترنان بقوة.

الشكل 2. (أ) التغير في التردد المركزي عند تغيير استدارة الزاوية (نصف قطر انحناء الزاوية).
( ب ) منظر موسع لتقاطع Perturbed-WGM و Quai-WGM. التباعد بين الوضعين هو 29 جيجا هرتز

لقد اكتشفنا حديثًا أن هذا الاقتران القوي يحد من الوجود المستقل لقيم Q للوضعين. والنتيجة هي الرسم البياني لنصف قطر زاوية الانحناء وقيمة Q الموضحة في الشكل 3. حتى في شبه WGM، والذي من المتوقع أن يكون غير حساس لـ r، عندما يصبح الرنان هيكلًا متعدد الأضلاع بسبب اقتران وضعين (في الواقع، هناك أوضاع لا حصر لها)، تنخفض قيمة Q كما هو الحال في WGM المضطرب اكتشفت أنه يظهر.

الشكل 3: قيمة Q مقابل نصف قطر انحناء الزاوية لـ Perturbed-WGM وشبه WGM.

لقد بحثنا فيما إذا كان من الممكن وجود وضع قيمة Q عالية حتى في بنية متعددة الأضلاع، ووجدنا أنه من أجل الحصول على قيمة Q عالية، من الضروري بشكل أساسي جعل بنية الرنان دائرية. ولذلك قمنا بتطوير طريقة التسخين المسبق للحصول على محور بلوري يسمح بنمو البلورات بشكل دائري، ونجحنا في الحصول على شكل دائري جيد وتحسين قيمة Q.

تم إجراء جزء من هذا البحث كبحث تعاقدي لبرنامج تعزيز البحث والتطوير في مجال المعلومات والاتصالات الاستراتيجية (SCOPE). لقد تلقينا أيضًا دعمًا ماليًا من المنح المعونة لأبحاث العلوم والتكنولوجيا (2560018) وبرنامج ترويج مشروع أبحاث الجيل القادم بجامعة كيو. تم نشر نتائج هذا البحث في مجلة Physical Review A 88, 023807 (2013).