Modes Mie à Q élevé et Q faible d'un nanofil 2D diélectrique unique (à gauche) et d'une nanoparticule 3D finie (à droite). Crédit :L. Huang et al.
Les résonateurs optiques constituent la base de la photonique et de l'optique modernes. Grâce à son extrême confinement énergétique, le haut- Q -Le résonateur optique à facteur optimise l'interaction lumière-matière et les performances du dispositif photonique en permettant un laser à faible seuil et une génération d'harmoniques non linéaire améliorée.
Deux structures typiques, la cavité du cristal photonique et la cavité de la galerie chuchotante, sont fréquemment utilisés pour obtenir des valeurs extrêmement élevées Q les facteurs. Cependant, ces structures peuvent nécessiter des dimensions comparables ou plusieurs fois supérieures à la longueur d'onde de fonctionnement. S'il existe un moyen général de découvrir tous les Q modes dans une nanocavité diélectrique de forme arbitraire a été une question fondamentale.
Une équipe de recherche de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud Canberra, L'Université nationale australienne, et l'Université de Nottingham Trent ont récemment développé une recette robuste pour trouver des Q modes dans une seule nanocavité diélectrique, comme indiqué dans Photonique avancée .
Nanostructure diélectrique à haut indice sous-longueur d'onde
Les nanostructures diélectriques à haut indice sous-longueur d'onde sont une plate-forme prometteuse pour la réalisation de nanophotonique compatible CMOS. Ces nanostructures reposent sur deux facteurs principaux :le support des résonances électriques et magnétiques de type Mie et la réduction de la dissipation. Un seul nanorésonateur diélectrique (par exemple, un disque d'épaisseur finie) supporte la haute Q mode (également connu sous le nom d'état quasi-lié dans le continuum). En explorant l'état quasi-lié dans le continu, Huang et al. trouvé un moyen de trouver facilement de nombreux Q modes, utiliser l'ingénierie du mode Mie pour provoquer une hybridation de modes de fuite appariés, ce qui permet d'éviter le croisement des hauts et des bas Q modes.
Modes Q élevé et Q faible dans un seul nanofil rectangulaire (NW) avec polarisation TE :(a) Fréquences propres pour les modes TE (3, 5) et TE(5, 3) en fonction du rapport de taille de NW. (c) facteurs Q des modes TE(3, 5) et TE(5, 3) en fonction du rapport de taille. (c) Analyse multipolaire sur les champs propres des modes TE(3, 5) et TE(5, 3). (d) Le panneau du haut est une décomposition de TE(3, 5) pour le NW rectangulaire en modes propres pour le NW circulaire, et le volet inférieur est la décomposition de TE(5, 3) pour le NW rectangulaire en modes propres pour le nanofil circulaire. Crédit :L. Huang et al.
Robuste, approche par paire
De façon intéressante, à la fois le croisement évité, et croisement de fréquences propres pour les modes appariés, conduit à la découverte de hautes Q modes, représentant un moyen simple mais robuste de trouver des Q modes. L'équipe a confirmé expérimentalement Q modes dans un seul nanofil rectangulaire de silicium. Le mesuré Q -facteur était aussi élevé que 380 et 294 pour TE(3, 5) et TM(3, 5), respectivement (voir figure). Les auteurs attribuent le niveau élevé résultant Q -facteurs de suppression du rayonnement dans les canaux de fuite limités ou rayonnement minimisé dans l'espace de quantité de mouvement.
Selon l'auteur principal Andrey E. Miroshnichenko de la School of Engineering and Information Technology de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud, "Ce travail présente une méthode simple pour trouver des Q modes dans une seule nanocavité diélectrique, qui peuvent trouver des applications dans les circuits photoniques intégrés, tels que le laser à seuil ultra-bas pour les sources lumineuses sur puce, couplage fort pour le laser polariton, et des générations améliorées de deuxième ou troisième harmonique pour la vision nocturne."
