Análisis del efecto de los resonadores de forma poligonal en los valores Q.

Investigación

Análisis del efecto de los resonadores de forma poligonal en los valores Q.

Hacia la optimización de los resonadores microópticos de alto valor Q.

Para lograr un mejor confinamiento óptico en los micro-resonadores ópticos, la atención se ha centrado en la fabricación de resonadores ópticos utilizando materiales cristalinos con menor absorción óptica. El Laboratorio Tanabe ha desarrollado un método de fabricación directa de resonadores ópticos mediante una técnica de crecimiento de cristales conocida como método de pedestal de fusión láser, pero ha quedado claro que la forma de la sección transversal es poligonal. En este estudio, el laboratorio de Tanabe analizó cómo cambian los valores Q de los modos en los resonadores poligonales de circular a hexagonal, y aclaró las pautas para obtener valores Q más altos. Nos centramos en dos modos, el modo de galería susurrante perturbado (WGM) y el cuasi-WGM (Fig. 1(a) y (b)): el WGM perturbado es un modo que orbita el resonador con reflexión total a lo largo de sus lados, mientras que el cuasi-WGM es modo en el que la reflexión total se produce en cada cara del polígono.
Para estos dos modos, el radio de curvatura r de las esquinas del resonador hexagonal se utilizó como parámetro en el análisis.

Fig. 1 (a) Modo de galería susurrante perturbado.(b) Modo de galería casi susurrante.

Cuando se varía el redondeo de las esquinas, las longitudes de onda de resonancia del WGM perturbado y del cuasi-WGM cambian, pero los dos modos se cruzan en torno a r = 17,7 μm debido a las diferentes tasas de cambio (Fig. 2(a)). Cuando se amplía el punto de cruce (Fig. 2(b)), se observa que los dos picos espectrales son anti-cruzados, lo que indica que los dos modos están fuertemente acoplados.

Fig. 2. (a) Variación de la frecuencia central al variar la redondez de la esquina (radio de curvatura de la esquina).
(b) Vista ampliada de la intersección del Perturbed-WGM y el Quai-WGM, donde el intervalo de modos entre ambos es de 29 GHz.

Este fuerte acoplamiento limita la existencia independiente de los valores Q de los dos modos, como se ha descubierto recientemente en este estudio. El resultado es el gráfico del radio de curvatura de la esquina frente al valor Q que se muestra en la Fig. 3. Incluso en los Quasi-WGMs, de los que se espera que sean insensibles a r, el valor Q cae de forma similar al de los WGMs perturbados cuando el resonador está estructurado poligonalmente por el acoplamiento de dos (de hecho, hay innumerables acoplamientos de modos) modos.

Fig. 3: Valores Q para el radio de curvatura de las esquinas del WGM Perturbado y del cuasi-WGM.

Hemos investigado si también pueden existir modos de alto valor Q en estructuras poligonales y hemos descubierto que la estructura del resonador debe ser esencialmente circular para obtener altos valores Q. Por lo tanto, hemos desarrollado un método de precalentamiento para obtener un eje de cristal que permite que el cristal crezca en forma circular, y también hemos logrado obtener una buena forma circular y mejorar el valor Q.

Parte de esta investigación ha sido financiada por el Programa de Fomento de la I+D en Información Estratégica y Comunicaciones (SCOPE). También ha contado con el apoyo financiero del Fondo de Investigación Científica y Tecnológica (2560018) y del Programa de Promoción de Proyectos de Investigación de Próxima Generación de la Universidad de Keio. Los resultados de esta investigación se han publicado en Physical Review A 88, 023807 (2013).