Formation de résonateurs à cristaux photoniques à haute valeur Q à l'aide de nanofibres.
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Formation de résonateurs à cristaux photoniques à haute valeur Q à l'aide de nanofibres.
Vers l'efficacité ultime des entrées/sorties optiques
Les résonateurs à cristaux photoniques devraient constituer une plate-forme puissante pour réaliser le traitement des signaux optiques et la communication d'informations quantiques. Cependant, l'efficacité de l'entrée/sortie de lumière des fibres optiques en verre vers les cristaux photoniques en silicium n'est pas élevée, et même lorsque des ports d'entrée/sortie optimisés (convertisseurs de taille de spot) sont utilisés, des pertes d'énergie d'environ 10% se produisent. La formation dynamique de résonateurs à des positions arbitraires est également souhaitée comme moyen de reconception de circuits optiques et autres par post-traitement. Dans cette étude, en mettant des nanofibres en contact avec un guide d'ondes à cristaux photoniques, on obtient un effet d'entraînement élevé.Qet démontré expérimentalement que le couplage critique, qui maximise l'efficacité d'entrée/sortie de la lumière dans les résonateurs, est réalisable.
La formation de résonateurs sur des cristaux photoniques à l'aide de nanofibres a été proposée et démontrée par Yong-Hee Lee et al. au KAIST en 2007 [1]. Le principe de cette méthode de formation de résonance sur des guides d'ondes en cristal photonique est le suivant. Lorsque la nanofibre est mise en contact avec le guide d'ondes en cristal photonique, un changement d'indice de réfraction effectif local se produit. Cela provoque un décalage vers le bas de la fréquence de coupure du mode du guide d'ondes, ce qui entraîne un écart entre les fréquences des modes du guide d'ondes à l'endroit où la fibre est en contact et à l'endroit où elle ne l'est pas (figure 1). En raison de cet écart entre les modes, les modes avec des fréquences de coupure à la position de contact de la fibre ne peuvent pas se propager dans le guide d'ondes à la position de non-contact et deviennent localement confinés. Cependant, les expériences de Lee et al. ont utilisé des cristaux photoniques en InP avec des points quantiques en InGaAsP incorporés, et les pertes d'absorption des points quantiques ont fait que le résonateur formé n'a pas atteint le niveau d'énergie requis.QValeur 10.4L'efficacité théorique du couplage n'était que d'environ 100%. En outre, alors que les résultats théoriques ont montré que des efficacités de liaison proches de 1001 TP2T pouvaient être atteintes, les efficacités de liaison expérimentales n'étaient que de quelques 1 TP2T.
Fig. 1 : (a) Diagramme de bande des guides d'ondes PhC en contact avec une nanofibre. Les figures du haut et du bas sont des vues de dessus et de côté, respectivement. La localisation de la lumière est observée dans la région où une nanofibre de silice est placée sur le dessus d'une plaque de silicium PhC.
Dans cette étude, l'utilisation de guides d'ondes en cristal photonique de siliciumQ = 5.1 x 105de la formation d'un résonateur à valeur Q élevée et une efficacité de couplage de 391 TP2T ont été obtenus (figure 2(a)). En outre, leQ = 6.1 x 103La condition de couplage critique avec une efficacité de couplage extrêmement élevée de 99,61 TP2T peut être atteinte pour les modes des nanofibres (Fig. 2(b)). Les modes résonants obtenus comme décrit ci-dessus peuvent être accordés pour la longueur d'onde résonante en changeant l'état de contact des nanofibres. La position du résonateur peut également être choisie à n'importe quel endroit du guide d'ondes en fonction de la position de contact des nanofibres.
Fig. 2 : Spectre de transmittance d'une cavité PhC couplée à une fibre reconfigurable.
(a) Le mode résonnant avec le facteur de qualité le plus élevé.(b) Le mode résonnant avec l'efficacité de couplage la plus élevée. © 2015 Optical Society of America.
De plus, un plus grand nombre de modes de résonance que celui attendu d'un seul résonateur a été observé dans la présente expérience (Fig. 3(a)). Ces spectres de transmission constituent une preuve solide de la formation d'un système de résonateurs couplés de type filtre passe-tout. Comme la surface du guide d'ondes en cristal photonique utilisé dans cette expérience présente de multiples concavités et convexités (Fig. 3(b)), on peut s'attendre à ce que des potentiels convexes et concaves se forment sous les fibres et que des résonateurs multiples soient obtenus dans un état de couplage latéral avec les nanofibres. La formation d'un tel système de résonateurs couplés est une nouvelle connaissance obtenue dans cette étude et devrait être appliquée comme un dispositif de retardement pour ralentir la propagation effective de la lumière.
Les résultats de cette recherche sont bénéfiques pour la réalisation de la communication d'informations quantiques, qui nécessite un traitement des signaux optiques très efficace et des entrées/sorties optiques à faible perte.
Fig. 3 : (a) Spectres de transmittance de la lumière polarisée TE et TE. L'axe vertical est normalisé par rapport à la transmittance maximale de la fibre conique. Image SEM de la surface du guide d'ondes PhC.
[1] Myung-Ki Kim, et al.. "Reconfigurable microfibre-coupled photonic crystal resonator", Opt. Express. 15, 17241- 17247 (2007).
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