Fabricación de resonadores microópticos monocristalinos de alto valor Q mediante mecanizado de ultraprecisión.

Un resonador óptico se conoce como un elemento para confinar la luz utilizando el fenómeno de la resonancia, y se llama "resonador" en inglés de "cavity" que significa cavidad y "resonant" que significa resonancia. Se llama "resonador" por "cavidad" y "resonante" en inglés. Los resonadores ópticos más sencillos confinan la luz reflejándola repetidamente entre un par de espejos. Nuestra investigación pretende fabricar resonadores ópticos muy pequeños y de alto rendimiento para su uso en láseres, espectrómetros y sensores.
Estos dispositivos se denominan microrresonadores ópticos de alto valor Q, y su fabricación requiere una serie de tecnologías avanzadas, como el procesamiento de semiconductores, el pulido y el procesamiento por láser. El valor Q se refiere aquí al índice de rendimiento del resonador, y cuanto más tiempo pueda confinarse la luz, mayor será el valor Q. En general, los materiales de vidrio, silicio y fluoruro deben procesarse con la misma precisión que la longitud de onda de la luz para fabricar micro-resonadores ópticos con un alto valor Q.

En colaboración con el Laboratorio Kakinuma del Departamento de Ingeniería de Diseño de Sistemas, hemos conseguido por primera vez en el mundo fabricar micro-resonadores ópticos monocristalinos de alto valor Q con valores Q superiores a 100 millones utilizando tecnología de mecanizado de ultraprecisión. Tradicionalmente, los resonadores microópticos de un solo cristal fabricados con materiales fluorados y otros materiales se han fabricado mediante pulido. Sin embargo, aunque este método puede alcanzar altos valores Q, tiene el problema de que es difícil controlar la estructura con una precisión de orden micrométrico. El control de la microestructura está profundamente relacionado con la dispersión de la longitud de onda y es especialmente importante cuando se aplica a la tecnología láser de peine de microfrecuencias. Se ha intentado fabricar micro-resonadores ópticos mediante un mecanizado de precisión, pero se ha considerado que no es adecuado debido a los problemas de rugosidad de la superficie. En este estudio, se analizó la estructura cristalina del material fluorado y se optimizaron las condiciones de corte para conseguir tanto un valor Q elevado como una controlabilidad estructural comparable a la que se consigue con el pulido.
Esta técnica permite la fabricación fiable de elementos resonadores microópticos de alto rendimiento, lo que es de gran valor no sólo para la investigación básica, como los peines de microfrecuencias, sino también para las aplicaciones industriales.