Optische resonatoren vormen de basis van moderne fotonica en optica. Dankzij de extreme energiebeperking, de hoge- Q -factor optische resonator optimaliseert licht-materie interactie en fotonische apparaatprestaties door laagdrempelige laser en verbeterde niet-lineaire harmonische generatie mogelijk te maken.

Twee typische structuren, de fotonische kristalholte en de fluistergalerijholte, worden vaak gebruikt om extreem hoge Q factoren. Echter, deze structuren kunnen afmetingen vereisen die vergelijkbaar zijn met - of meerdere malen groter zijn dan - de operationele golflengte. Of er een algemene manier is om alle high- Q modi in een diëlektrische nanoholte van willekeurige vorm is een fundamentele vraag geweest.

Een onderzoeksteam van de Universiteit van New South Wales Canberra, De Australische Nationale Universiteit, en Nottingham Trent University hebben onlangs een robuust recept ontwikkeld voor het vinden van hoogwaardige Q modi in een enkele diëlektrische nanoholte, zoals gerapporteerd in Geavanceerde fotonica .

Subgolflengte diëlektrische nanostructuur met hoge index

Subgolflengte hoge-index diëlektrische nanostructuren zijn een veelbelovend platform voor het realiseren van CMOS-compatibele nanofotonica. Deze nanostructuren zijn gebaseerd op twee hoofdfactoren:ondersteuning van elektrische en magnetische Mie-type resonanties en verminderde dissipatie. Een enkele diëlektrische nanoresonator (bijv. een schijf met eindige dikte) ondersteunt de hoge Q modus (ook bekend als de quasi-gebonden toestand in het continuüm). Door de quasi-gebonden toestand in het continuüm te onderzoeken, Huang et al. een manier gevonden om gemakkelijk veel hoogwaardige Q modi, het gebruik van Mie-modustechniek om een ​​hybridisatie van gepaarde lekkende modi te veroorzaken, waardoor het kruisen van hoge en lage Q modi.

Robuust, paarsgewijze benadering

interessant, zowel de vermeden oversteek, en kruising van eigenfrequenties voor de gepaarde modi, leidde tot de ontdekking van hoog- Q modi, een eenvoudige maar robuuste manier om hoogwaardige Q modi. Het team bevestigde experimenteel hoge Q modi in een enkele silicium rechthoekige nanodraad. de gemeten Q -factor was zo hoog als 380 en 294 voor TE(3, 5) en TM(3, 5), respectievelijk (zie afbeelding). De auteurs schrijven de resulterende hoge toe Q -factoren voor de onderdrukking van straling in de beperkte lekkende kanalen of geminimaliseerde straling in de impulsruimte.

Volgens senior auteur Andrey E. Miroshnichenko van de School of Engineering and Information Technology aan de Universiteit van New South Wales, "Dit werk biedt een eenvoudige methode om erachter te komen Q modi in een enkele diëlektrische nanoholte, die toepassingen kunnen vinden in geïntegreerde fotonische circuits, zoals ultra-laagdrempelige laser voor on-chip lichtbronnen, sterke koppeling voor polaritonlasing, en verbeterde tweede of derde harmonische generaties voor nachtzicht."