Analisi dell'effetto dei risonatori di forma poligonale sui valori Q.

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Analisi dell'effetto dei risonatori di forma poligonale sui valori Q.

Verso l'ottimizzazione dei risonatori micro-ottici ad alto valore Q.

Per ottenere un migliore confinamento ottico nei micro-risonatori ottici, l'attenzione si è concentrata sulla fabbricazione di risonatori ottici utilizzando materiali cristallini con un minore assorbimento ottico. Il laboratorio Tanabe ha sviluppato un metodo per fabbricare direttamente risonatori ottici utilizzando una tecnica di crescita dei cristalli nota come metodo del piedistallo a fusione laser, ma è diventato chiaro che la forma della sezione trasversale è poligonale. In questo studio, il laboratorio Tanabe ha analizzato come i valori Q dei modi nei risonatori poligonali cambino da circolari a esagonali e ha chiarito le linee guida per ottenere valori Q più elevati. Ci siamo concentrati su due modi, il modo perturbato della galleria del sussurro (WGM) e il quasi-WGM (Fig. 1(a) e (b)): il WGM perturbato è un modo che orbita intorno al risonatore con una riflessione totale lungo i suoi lati, mentre il quasi-WGM è un modo in cui la riflessione totale avviene su ogni lato. modo in cui la riflessione totale avviene su ogni faccia del poligono.
Per questi due modi, il raggio di curvatura r degli angoli del risonatore esagonale è stato utilizzato come parametro nell'analisi.

Fig. 1 (a) Modo di galleria sussurrante perturbato.(b) Modo di galleria quasi sussurrante.

Quando si varia l'arrotondamento degli angoli, le lunghezze d'onda di risonanza della MGM perturbata e della quasi MGM cambiano, ma i due modi si incrociano intorno a r = 17,7 μm a causa delle diverse velocità di cambiamento (Fig. 2(a)). Quando il punto di incrocio viene ingrandito (Fig. 2(b)), i due picchi spettrali risultano essere anti-incrociati, indicando che i due modi sono fortemente accoppiati.

Fig. 2. (a) Variazione della frequenza centrale al variare della rotondità dell'angolo (raggio di curvatura dell'angolo).
(b) Vista ingrandita dell'intersezione tra la GMG perturbata e la GMG di Quai, dove l'intervallo di modo tra le due è di 29 GHz.

Questo forte accoppiamento limita l'esistenza indipendente dei valori Q dei due modi, come appena scoperto in questo studio. Il risultato è il grafico del raggio angolare di curvatura rispetto al valore Q mostrato in Fig. 3. Anche nelle Quasi-WGM, che ci si aspetta siano insensibili a r, il valore Q si riduce. Anche nelle Quasi-WGM, che dovrebbero essere insensibili a r, il valore Q si riduce in modo simile a quello delle-WGM perturbate quando il risonatore è strutturato in modo poligonale dall'accoppiamento di due (in realtà, ci sono innumerevoli accoppiamenti di modi).

Fig. 3: Valori Q per il raggio di curvatura degli angoli della GMG perturbata e della quasi GMG.

Abbiamo studiato se i modi ad alto valore di Q possono esistere anche in strutture poligonali e abbiamo scoperto che la struttura del risonatore deve essere essenzialmente circolare per ottenere valori di Q elevati. Abbiamo quindi sviluppato un metodo di preriscaldamento per ottenere un asse cristallino che permetta al cristallo di crescere in forma circolare, riuscendo anche a ottenere una buona forma circolare e a migliorare il valore Q.

Parte di questa ricerca è stata finanziata dal Programma di promozione della ricerca e sviluppo in materia di informazione e comunicazione (SCOPE). È stata inoltre sostenuta finanziariamente dal Science and Technology Research Fund (2560018) e dal Keio University Next Generation Research Project Promotion Programme. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati su Physical Review A 88, 023807 (2013).