Modos High-Q e low-Q Mie de nanofio 2D dielétrico único (à esquerda) e nanopartículas 3D finitas (à direita). Crédito:L. Huang et al.
Ressonadores ópticos fornecem a base da fotônica e óptica modernas. Graças ao seu confinamento de extrema energia, o alto Q O ressonador óptico de fator otimiza a interação luz-matéria e o desempenho do dispositivo fotônico, permitindo o laser de baixo limiar e a geração aprimorada de harmônicos não lineares.
Duas estruturas típicas, a cavidade do cristal fotônico e a cavidade da galeria sussurrante, são freqüentemente usados para obter níveis extremamente elevados Q fatores. Contudo, essas estruturas podem exigir dimensões que são comparáveis a - ou várias vezes maiores que - o comprimento de onda operacional. Se existe uma maneira geral de descobrir todos os Q modos em uma nanocavidade dielétrica de forma arbitrária tem sido uma questão fundamental.
Uma equipe de pesquisa da University of New South Wales Canberra, The Australian National University, e a Nottingham Trent University desenvolveram recentemente uma receita robusta para encontrar Q modos em uma única nanocavidade dielétrica, como relatado em Fotônica Avançada .
Nanoestrutura dielétrica de alto índice de comprimento de onda
Nanoestruturas dielétricas de alto índice de comprimento de onda são uma plataforma promissora para a realização de nanofotônicos compatíveis com CMOS. Essas nanoestruturas são baseadas em dois fatores principais:suporte de ressonâncias elétricas e magnéticas do tipo Mie e dissipação reduzida. Um único nanorressonador dielétrico (por exemplo, um disco com espessura finita) suporta o alto Q modo (também conhecido como o estado quase-limitado no continuum). Ao explorar o estado quase-limitado no continuum, Huang et al. encontrou uma maneira de encontrar facilmente muitos Q modos, usando a engenharia de modo Mie para causar uma hibridização de modos de vazamento emparelhados, resultando no cruzamento evitado de alta e baixa Q modos.
Modos Q alto e Q baixo em um único nanofio retangular (NW) com polarização TE:(a) Freqüências próprias para os modos TE (3, 5) e TE (5, 3) em função da relação de tamanho do NW. (c) Fatores Q dos modos TE (3, 5) e TE (5, 3) em função da proporção do tamanho. (c) Análise multipolar em campos próprios dos modos TE (3, 5) e TE (5, 3). (d) O painel superior é uma decomposição de TE (3, 5) para o NW retangular em modos próprios para o NW circular, e o painel inferior é a decomposição de TE (5, 3) para o NW retangular em modos próprios para o nanofio circular. Crédito:L. Huang et al.
Robusto, abordagem de pares
Interessantemente, tanto a travessia evitada, e cruzamento de frequências próprias para os modos emparelhados, levou à descoberta de Q modos, representando uma maneira simples, mas robusta, de encontrar Q modos. A equipe confirmou experimentalmente Q modos em um único nanofio retangular de silício. O medido Q -fator era tão alto quanto 380 e 294 para TE (3, 5) e TM (3, 5), respectivamente (veja a figura). Os autores atribuem a alta resultante Q -fatores para a supressão de radiação nos canais com vazamento limitado ou radiação minimizada no espaço de momento.
De acordo com o autor sênior Andrey E. Miroshnichenko, da Escola de Engenharia e Tecnologia da Informação da Universidade de New South Wales, "Este trabalho apresenta um método simples de descobrir Q modos em uma única nanocavidade dielétrica, que pode encontrar aplicações em circuitos fotônicos integrados, como laser de limiar ultrabaixo para fontes de luz no chip, forte acoplamento para laser polariton, e segunda ou terceira geração aprimorada de harmônicos para a visão noturna. "
