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南京大学实现超低阈值的声子激光

发布日期:2021-11-25 00:31

本文摘要:随着腔光力学的较慢发展,近来声子激光(作为光学激光在声学上的一种转换)早已在一些平台(还包括单个或耦合回音壁模光学微腔)中以求构建。与单腔声子激光比起,耦合微腔声子激光展现出出有许多引人注目的特点,如较低阈值、对环境噪声不脆弱等。此外,耦合微腔也不必须明显地减少器件的尺寸来产生或调节其细致的能级间隔,同时对光力耦合强度完全没影响。之前的工作通过将微环芯腔分别制取在两片硅片的边沿上来建构固定式的耦合微腔系统并构建了声子激光。

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随着腔光力学的较慢发展,近来声子激光(作为光学激光在声学上的一种转换)早已在一些平台(还包括单个或耦合回音壁模光学微腔)中以求构建。与单腔声子激光比起,耦合微腔声子激光展现出出有许多引人注目的特点,如较低阈值、对环境噪声不脆弱等。此外,耦合微腔也不必须明显地减少器件的尺寸来产生或调节其细致的能级间隔,同时对光力耦合强度完全没影响。之前的工作通过将微环芯腔分别制取在两片硅片的边沿上来建构固定式的耦合微腔系统并构建了声子激光。

然而这样的一种样品制取方案很难获得极细且中心对称的承托硅柱,因为它很难确保硅的各向同性光刻。而各项异性光刻不但不会减少微环芯腔的力学品质因子,其所造成的硅柱的缺失还将严重影响到微环芯腔的力学模式,从而在其力学模式的噪声序引进一些谐波峰。

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为了构建同时具备光学和力学出色性能的耦合微腔系统,最近南京大学液体微结构国家实验室的姜校顺副教授和肖敏教授所领导的研究组通过利用一种新的样品制取和耦合的方案,展示了同时具备低的光学品质因子和力学品质因子的耦合微腔系统,并基于此系统构建了超低阈值的声子激光。涉及研究成果公开发表在PhotonicsResearch2017年第5卷第2期上(G.Wang,etal.,Demonstrationofanultra-low-thresholdphononlaserwithcoupledmicrotoroidresonatorsinvacuum)。

在此工作中,耦合微腔系统包括一个长条的微环芯腔和一个由极细硅柱承托的微环芯腔。长条的微环芯腔被制取在硅片的角上,另一个微环芯腔则经过了一次额外的XeF2光刻以获得极细的硅柱。将整个耦合微腔系统摆放到超高真空系统中,实验取得了力学品质因子高达18,000的径向排便模(频率为59.2MHz)。通过细致地调节系统的各项参数,如微腔的比较方位、各自的温度等,可以获得一个模式劈裂相等径向排便模式力学频率的超模,将抽运激光通过波长计锁频在蓝失谐超模上从而唤起声子激光。

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实验测出的声子激光阈值较低至1.2μW。这样一个片上的耦合微腔系统在很多方面具有应用于潜力,如多模腔光力学加热、多模光力诱导半透明、可传输速率的量子信息处置等。

图片说明:真空环境中基于耦合微腔系统的超低阈值声子激光方案。通过利用新的样品制取和耦合的方案,该耦合微腔系统可同时具备低的光学品质因子和力学品质因子,并构建超低阈值的声子激光。


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