High-Q och low-Q Mie-lägen för enkel dielektrisk 2D nanotråd (vänster) och ändlig 3D nanopartikel (höger). Kredit:L. Huang et al.
Optiska resonatorer utgör grunden för modern fotonik och optik. Tack vare dess extrema energiinnehåll, den höga- F -faktor optisk resonator optimerar ljus-materia-interaktion och fotonisk enhets prestanda genom att möjliggöra lågtröskellaser och förbättrad icke-linjär övertonsgenerering.
Två typiska strukturer, den fotoniska kristallkaviteten och den viskande gallerihålan, används ofta för att få extremt hög F faktorer. Dock, dessa strukturer kan kräva dimensioner som är jämförbara med - eller flera gånger större än - den operativa våglängden. Om det finns ett allmänt sätt att ta reda på alla F lägen i en dielektrisk nanokavitet av godtycklig form har varit en grundläggande fråga.
En forskargrupp från University of New South Wales Canberra, Australian National University, och Nottingham Trent University utvecklade nyligen ett robust recept för att hitta hög- F lägen i en enda dielektrisk nanokavitet, som rapporterats i Avancerad fotonik .
Subvåglängd högindex dielektrisk nanostruktur
Subvåglängds dielektriska nanostrukturer med högt index är en lovande plattform för att realisera CMOS-kompatibel nanofotonik. Dessa nanostrukturer är baserade på två huvudfaktorer:stöd för elektriska och magnetiska resonanser av Mie-typ och minskad förlust. En enda dielektrisk nanoresonator (t.ex. en skiva med ändlig tjocklek) stöder hög- F läge (även känt som det kvasibundna tillståndet i kontinuumet). Genom att utforska det kvasibundna tillståndet i kontinuumet, Huang et al. hittat ett sätt att enkelt hitta många hög- F lägen, använda Mie-lägesteknik för att orsaka en hybridisering av parade läckande lägen, vilket resulterar i undvikad korsning av hög- och låg- F lägen.
Hög-Q- och låg-Q-lägen i en enda rektangulär nanotråd (NW) med TE-polarisation:(a) Egenfrekvenser för lägena TE(3, 5) och TE(5, 3) som en funktion av storleksförhållandet för NW. (c) Q-faktorer för lägena TE(3, 5) och TE(5, 3) som en funktion av storleksförhållandet. (c) Multipolanalys av egenfält för moder TE(3, 5) och TE(5, 3). (d) Den övre panelen är en sönderdelning av TE(3, 5) för den rektangulära NV till egenmoden för den cirkulära NV, och den nedre rutan är nedbrytning av TE(5, 3) för den rektangulära NW till egenmoden för den cirkulära nanotråden. Kredit:L. Huang et al.
Robust, parvis tillvägagångssätt
Intressant, både den undvikade korsningen, och korsning av egenfrekvenser för de parade lägena, ledde till upptäckten av hög F lägen, representerar ett enkelt men robust sätt att hitta hög- F lägen. Teamet bekräftade experimentellt hög- F lägen i en enda rektangulär kisel nanotråd. Den uppmätta F -faktorn var så hög som 380 och 294 för TE(3, 5) och TM(3, 5), respektive (se figur). Författarna tillskriver den resulterande höga F -faktorer för undertryckande av strålning i de begränsade läckande kanalerna eller minimerad strålning i momentumrymden.
Enligt seniorförfattaren Andrey E. Miroshnichenko från School of Engineering and Information Technology vid University of New South Wales, "Detta arbete presenterar en enkel metod för att ta reda på hög F lägen i en enda dielektrisk nanokavitet, som kan hitta tillämpningar i integrerade fotoniska kretsar, såsom ultralågtröskellaser för on-chip ljuskällor, stark koppling för polaritonlasning, och förbättrade andra eller tredje övertonsgenerationer för mörkerseende."
