Fabrication de résonateurs micro-optiques monocristallins à haute valeur Q par usinage de haute précision.

Un résonateur optique est connu comme un élément permettant de confiner la lumière en utilisant le phénomène de résonance. Il est appelé "résonateur" en anglais à partir de "cavity" qui signifie cavité et "resonant" qui signifie résonance. Il est appelé "résonateur" à partir de "cavity" et "resonant" en anglais. Les résonateurs optiques les plus simples confinent la lumière en la réfléchissant de manière répétée entre une paire de miroirs. Nos recherches visent à fabriquer des résonateurs optiques très petits et très performants destinés à être utilisés dans des lasers, des spectromètres et des capteurs.
Ces dispositifs sont appelés micro-résonateurs optiques à haute valeur Q, et leur fabrication nécessite diverses technologies de pointe telles que le traitement des semi-conducteurs, le polissage et le traitement laser. La valeur Q fait ici référence à l'indice de performance du résonateur, et plus la lumière peut être confinée longtemps, plus la valeur Q est élevée. En général, pour fabriquer des micro-résonateurs optiques avec une valeur Q élevée, il est nécessaire de traiter les matériaux en verre, en silicium et en fluorure avec le même degré de précision que la longueur d'onde de la lumière.

En collaboration avec le laboratoire Kakinuma du département d'ingénierie de conception des systèmes, nous avons réussi pour la première fois au monde à fabriquer des micro-résonateurs optiques monocristallins avec une valeur Q élevée dépassant 100 millions en utilisant une technologie d'usinage de très haute précision. Traditionnellement, les résonateurs micro-optiques monocristallins fabriqués à partir de matériaux fluorés et d'autres matériaux ont été fabriqués par polissage. Toutefois, si cette méthode permet d'obtenir des valeurs de Q élevées, elle présente le problème suivant : il est difficile de contrôler la structure avec une précision de l'ordre du micromètre. Le contrôle de la microstructure est profondément lié à la dispersion des longueurs d'onde et est particulièrement important lorsqu'il est appliqué à la technologie des lasers à peigne à microfréquence. Des tentatives ont été faites pour fabriquer des micro-résonateurs optiques en utilisant l'usinage de précision, mais elles ont été jugées inadaptées en raison des problèmes de rugosité de surface. Dans cette étude, la structure cristalline du matériau en fluorure a été analysée et les conditions de coupe ont été optimisées pour obtenir à la fois une valeur Q élevée et une contrôlabilité structurelle comparable à celle obtenue par polissage.
Cette technique permet la fabrication fiable d'éléments résonateurs micro-optiques de haute performance, ce qui est d'une grande valeur non seulement pour la recherche fondamentale, comme les peignes de microfréquence, mais aussi pour les applications industrielles.