Mikrownęka optyczna
Mikrownęka optyczna lub mikrorezonator to struktura utworzona przez odbicie powierzchni po obu stronach warstwy dystansowej lub ośrodka optycznego lub przez owinięcie falowodu w sposób kołowy w celu utworzenia pierścienia . Pierwszy typ to fali stojącej , a drugi to wnęka fali biegnącej . Nazwa mikrownęka wynika z faktu, że często ma ona zaledwie kilka mikrometrów grubości, a warstwa dystansowa bywa nawet rzędu nanometrów. Podobnie jak w przypadku zwykłych laserów , tworzy to wnękę optyczną lub rezonator optyczny , umożliwiający powstanie fali stojącej wewnątrz warstwy dystansowej lub fali wędrującej, która krąży w pierścieniu.
Zastosowania i efekty
Podstawową różnicą między konwencjonalną wnęką optyczną a mikrownękami są efekty wynikające z małych wymiarów układu, ale ich zasadę działania można często rozumieć tak samo, jak w przypadku większych rezonatorów optycznych. Można zaobserwować efekty kwantowe pola elektromagnetycznego światła . Na przykład, spontaniczna szybkość emisji i zachowanie atomów są zmieniane przez taką mikrownękę, zjawisko to jest określane jako hamowana spontaniczna emisja. Można to sobie wyobrazić jako sytuację, w której nie ma fotonu jest emitowany, jeśli środowisko jest pudełkiem, które jest zbyt małe, aby je pomieścić. Prowadzi to do zmienionego widma emisyjnego , które jest znacznie zawężone.
Co więcej, efekty nieliniowe są wzmacniane o rzędy wielkości z powodu silnego ograniczenia światła, co prowadzi do generowania grzebieni częstotliwości mikrorezonatora , procesów parametrycznych o niskiej mocy, takich jak konwersja w dół , generowanie drugiej harmonicznej , mieszanie czterofalowe i optyczna oscylacja parametryczna . Kilka z tych nieliniowych procesów prowadzi do generowania kwantowych stanów światła. Inną dziedziną, która wykorzystuje silne uwięzienie światła, jest optomechanika wnękowa , gdzie wzajemne oddziaływanie wiązki światła z ruchem mechanicznym rezonatora zostaje silnie sprzężone. Nawet w tej dziedzinie efekty kwantowe mogą zacząć odgrywać pewną rolę.
Mikrownęki mają wiele zastosowań, obecnie często w optoelektronice, gdzie prawdopodobnie najbardziej znane są lasery VCSEL z pionową wnęką. Niedawno zademonstrowano urządzenie emitujące pojedynczy foton poprzez umieszczenie kropki kwantowej w mikrownęce. Te źródła światła są interesujące dla kryptografii kwantowej i komputerów kwantowych .
Przegląd przedstawiono w artykule przeglądowym opublikowanym w czasopiśmie Nature .
typy
Stojąca fala
W przypadku mikrownęki obsługującej jeden mod lub kilka modów fali stojącej, grubość warstwy dystansowej określa tak zwany „mod wnęki”, który jest jedyną długością fali, która może być transmitowana i zostanie utworzona jako fala stojąca wewnątrz rezonatora. W zależności od rodzaju i jakości zwierciadeł, w widmie transmisyjnym mikrownęki powstanie tzw. pasmo zaporowe , czyli długi zakres długości fal , który jest odbijany i jeden transmitowany (zwykle w środku). Istnieją różne sposoby wytwarzania mikrownęk fali stojącej, albo przez odparowanie naprzemiennych warstw ośrodka dielektrycznego w celu utworzenia zwierciadeł ( DBR ) i medium wewnątrz warstwy dystansowej lub przez modyfikację materiału półprzewodnikowego lub przez metalowe lustra.
Fala podróżna
Często nazywane po prostu „mikrorezonatorami”, mikrownęki z falą biegnącą mają falę krążącą w sposób przypominający pętlę w preferowanym kierunku, w zależności od kierunku światła wejściowego. Mogą występować w postaci rezonatorów szeptanych lub jako zintegrowane rezonatory pierścieniowe. Typowymi materiałami, z których są wykonane, mogą być półprzewodniki, takie jak krzem , dwutlenek krzemu , azotek krzemu , krystaliczne fluorki ( CaF 2 , MgF 2 , SrF 2 ) lub niobian litu . Materiał jest wybierany w taki sposób, aby był niskostratny i przezroczysty w pożądanej długości fali. Zazwyczaj takie struktury są wytwarzane przez toczenie diamentowe lub mikroobróbkę cylindrycznego pręta z materiału (szczególnie w przypadku fluorków i niobianu litu) lub przez fotolitografię i litografię wiązką elektronów w celu wytworzenia wzorzystego rezonatora na chipie (w przypadku materiałów na bazie krzemu).
Kiedy całkowita liczba długości fal w materiale mieści się w obwodzie rezonatora, fala rezonansowa jest wzbudzana przez konstruktywną interferencję. W rezonansie pole świetlne może zostać wzmocnione od kilkuset do kilku milionów razy, co określa ilościowo współczynnik finezji rezonatora. Prowadzi to również do ultrawysokiego współczynnika jakości , co oznacza, że światło przemieszcza się po obwodzie wiele milionów razy, zanim rozpadnie się w otoczeniu.
Zobacz też
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
