Analyse der Auswirkung von polygonalen Resonatoren auf die Q-Werte.

2013-08-09 2022-09-23 miyahara

Forschung

2013-08-09

Optimierung von mikrooptischen Resonatoren mit hohem Q-Wert.

Um einen besseren optischen Einschluss in mikrooptischen Resonatoren zu erreichen, hat man sich auf die Herstellung optischer Resonatoren aus kristallinen Materialien mit geringer optischer Absorption konzentriert. Das Tanabe-Laboratorium hat eine Methode zur direkten Herstellung optischer Resonatoren entwickelt, bei der eine Kristallzüchtungstechnik, die so genannte Laserfusionssockel-Methode, zum Einsatz kommt, aber es hat sich gezeigt, dass die Querschnittsform polygonal ist. In dieser Studie analysierte das Tanabe-Labor, wie sich die Q-Werte der Moden in polygonalen Resonatoren von kreisförmig zu sechseckig ändern, und erläuterte Richtlinien zur Erzielung höherer Q-Werte. Wir haben uns auf zwei Moden konzentriert, die gestörte Flüstergalerie-Mode (WGM) und die Quasi-WGM (Abb. 1(a) und (b)): Die gestörte WGM ist eine Mode, die den Resonator mit Totalreflexion entlang seiner Seiten umkreist, während die Quasi-WGM Modus, bei dem die Totalreflexion auf jeder Fläche des Polygons auftritt.
Für diese beiden Moden wurde der Krümmungsradius r der Ecken des sechseckigen Resonators als Parameter für die Analyse verwendet.

Abb. 1 (a) Gestörter Flüstergalerie-Modus.(b) Quasi-Flüstergalerie-Modus.

Wenn die Abrundung der Ecken variiert wird, ändern sich die Resonanzwellenlängen des gestörten und des Quasi-WGM, aber die beiden Moden kreuzen sich aufgrund der unterschiedlichen Änderungsgeschwindigkeiten bei etwa r = 17,7 μm (Abb. 2(a)). Vergrößert man den Kreuzungspunkt (Abb. 2(b)), so stellt man fest, dass sich die beiden Spektralspitzen nicht kreuzen, was darauf hindeutet, dass die beiden Moden stark gekoppelt sind.

Abb. 2: (a) Veränderung der Mittenfrequenz, wenn die Rundheit der Ecke (Krümmungsradius der Ecke) variiert wird.
(b) Vergrößerte Ansicht des Schnittpunkts von Perturbed-WGM und Quai-WGM, wobei der Modenabstand zwischen den beiden 29 GHz beträgt.

Diese starke Kopplung begrenzt die unabhängige Existenz der Q-Werte der beiden Moden, die in dieser Studie neu entdeckt wurden. Das Ergebnis ist das in Abb. 3 gezeigte Diagramm von Krümmungsradius und Q-Wert. Selbst bei Quasi-WGMs, von denen man erwartet, dass sie r-unempfindlich sind, sinkt der Q-Wert ähnlich wie bei gestörten WGMs, wenn der Resonator durch die Kopplung von zwei (tatsächlich gibt es unzählige Modenkopplungen) polygonal strukturiert ist.

Abb. 3: Q-Werte für den Krümmungsradius der Ecken des Perturbed-WGM und des Quasi-WGM.

Wir haben untersucht, ob Moden mit hohem Q-Wert auch in polygonalen Strukturen existieren können, und festgestellt, dass die Resonatorstruktur im Wesentlichen kreisförmig sein muss, um hohe Q-Werte zu erzielen. Wir haben daher eine Vorheizmethode entwickelt, um eine Kristallachse zu erhalten, die es ermöglicht, den Kristall in einer kreisförmigen Form wachsen zu lassen, und es ist uns auch gelungen, eine gute kreisförmige Form zu erhalten und den Q-Wert zu verbessern.

Ein Teil dieser Forschung wurde durch das Programm zur Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der strategischen Information und Kommunikation (SCOPE) finanziert. Finanziell unterstützt wurde das Projekt auch durch den Science and Technology Research Fund (2560018) und das Keio University Next Generation Research Project Promotion Programme. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in Physical Review A 88, 023807 (2013) veröffentlicht.

Kategorien: 研究トピックス

Analyse der Auswirkung von polygonalen Resonatoren auf die Q-Werte.

Herstellung von mikrooptischen Resonatoren durch Kristallzüchtung.

IEEE Photonics-Konferenz Tomohiro Tetsumoto