多边形形状的谐振器对Q值的影响分析。

2013-08-09 2022-09-23 miyahara

研究

2013-08-09

多边形形状的谐振器对Q值的影响分析。

争取优化高Q值的微光学谐振器。

为了在微型光学谐振器中实现更好的光学约束，人们的注意力集中在使用具有较小光学吸收的晶体材料来制造光学谐振器。田边实验室已经开发了一种使用被称为激光融合基座法的晶体生长技术直接制造光学谐振器的方法，但已经很清楚，其横截面形状是多边形。在这项研究中，田边实验室分析了多边形谐振器中模式的Q值如何从圆形变为六边形，并阐明了获得更高Q值的准则。我们专注于两种模式，即受干扰的耳语走廊模式（WGM）和准WGM（图1（a）和（b））：受干扰的WGM是一种沿共振器两侧全反射的模式，而准WGM是模式，在该模式下，多边形的每个面都会发生全反射。
对于这两种模式，六边形谐振器的角的曲率半径r被用作分析的参数。

图1 (a) 扰动的耳语廊模式。(b) 准耳语廊模式。

当角的圆度变化时，被扰动的WGM和准WGM的共振波长会发生变化，但由于变化率不同，两个模式在r=17.7μm左右交叉（图2（a））。当交叉点被放大时（图2（b）），发现两个谱峰是反交叉的，表明两个模式是强耦合的。

图2. (a) 中心频率随着角的圆度（角的曲率半径）的变化而变化。
(b) Perturbed-WGM和Quai-WGM的交叉点的放大图，两者之间的模式间隔为29GHz。

这种强耦合限制了两个模式的Q值的独立存在，这是本研究中新发现的。其结果是图3中所示的角曲率半径与Q值的关系图。即使在预计对r不敏感的准WGMs中，当谐振器被两个（事实上有无数的模式耦合）模式的多边形结构所包围时，Q值的下降与被扰动WGMs的下降相似。

图3：Perturbed-WGM和准WGM的角部曲率半径的Q值。

我们研究了高Q值模式是否也能存在于多边形结构中，发现为了获得高Q值，共振器结构基本上需要是圆形的。因此，我们开发了一种预热方法，以获得能够使晶体生长为圆形的晶轴，也成功地获得了良好的圆形，提高了Q值。

本研究的部分内容由战略信息与通信研发促进计划（SCOPE）资助。它还得到了科学技术研究基金（2560018）和庆应大学下一代研究项目促进计划的资助。这项研究的结果已经发表在《物理评论A》88, 023807（2013）。

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