Fabbricazione di risonatori micro-ottici a cristallo singolo ad alto valore Q mediante lavorazione di ultra-precisione.

Un risonatore ottico è noto come un elemento che confina la luce sfruttando il fenomeno della risonanza, ed è chiamato "risonatore" in inglese da "cavity" che significa cavità e "resonant" che significa risonanza. Si chiama "risonatore" dall'inglese "cavity" (cavità) e "resonant" (risonante). I più semplici risonatori ottici confinano la luce riflettendola ripetutamente tra una coppia di specchi. La nostra ricerca mira a realizzare risonatori ottici molto piccoli e ad alte prestazioni da utilizzare in laser, spettrometri e sensori.
Questi dispositivi sono chiamati micro-risonatori ottici ad alto valore Q e la loro fabbricazione richiede una serie di tecnologie avanzate come la lavorazione dei semiconduttori, la lucidatura e la lavorazione laser. Il valore Q si riferisce all'indice di prestazione del risonatore e quanto più a lungo la luce può essere confinata, tanto maggiore è il valore Q. In generale, i materiali in vetro, silicio e fluoruro devono essere lavorati con la stessa precisione della lunghezza d'onda della luce per poter fabbricare micro-risonatori ottici con un valore Q elevato.

In collaborazione con il Laboratorio Kakinuma del Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi, siamo riusciti per la prima volta al mondo a fabbricare micro-risonatori ottici a cristallo singolo con un valore Q elevato, superiore a 100 milioni, utilizzando una tecnologia di lavorazione ultraprecisa. Tradizionalmente, i risonatori micro-ottici a cristallo singolo realizzati con materiali al fluoro e altri materiali sono stati fabbricati mediante lucidatura. Tuttavia, se da un lato questo metodo consente di ottenere valori Q elevati, dall'altro è difficile controllare la struttura con una precisione di ordine micrometrico. Il controllo della microstruttura è profondamente legato alla dispersione della lunghezza d'onda ed è particolarmente importante se applicato alla tecnologia laser a pettine a microfrequenza. Sono stati fatti tentativi per fabbricare micro-risonatori ottici utilizzando una lavorazione di precisione, ma sono stati considerati inadatti a causa di problemi di rugosità superficiale. In questo studio è stata analizzata la struttura cristallina del materiale fluoruro e sono state ottimizzate le condizioni di taglio per ottenere un valore Q elevato e una controllabilità strutturale paragonabile a quella ottenuta con la lucidatura.
Questa tecnica consente la fabbricazione affidabile di elementi di risonatori micro-ottici ad alte prestazioni, di grande valore non solo per la ricerca di base, come i pettini a microfrequenza, ma anche per le applicazioni industriali.