Высокий

Sep 28, 2023

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 17005 (2015) Цитировать эту статью

4241 Доступов

37 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Карбид кремния (SiC) демонстрирует превосходные свойства материала, привлекательные для широкого применения. Мы демонстрируем первые оптомеханические микрорезонаторы SiC, которые объединяют высокую механическую частоту, высокое механическое и высокое оптическое качество в одном устройстве. Механическая мода с радиальным дыханием имеет механическую частоту до 1,69 ГГц с механической добротностью около 5500 в атмосфере, что соответствует произведению fm · Qm с частотой 9,47 × 1012 Гц. Сильная оптомеханическая связь позволяет нам эффективно возбуждать и исследовать когерентные механические колебания с помощью оптических волн. Продемонстрированные устройства в сочетании с превосходными термическими свойствами, химической инертностью и дефектными характеристиками SiC демонстрируют большой потенциал для применения в метрологии, зондировании и квантовой фотонике, особенно в суровых условиях, которые являются сложными для других платформ устройств.

Оптомеханические резонаторы соединяют оптические резонаторы и механические резонаторы друг с другом посредством оптомеханических взаимодействий, опосредованных силами давления излучения. Благодаря исключительной способности зондировать и контролировать мезоскопическое механическое движение вплоть до одноквантового уровня, микро/нанооптомеханические резонаторы интенсивно исследуются в последние годы, демонстрируя большие перспективы для широкого применения в зондировании, обработке информации, метрологии времени/частоты и квантовой физике1. ,2,3,4,5,6. На сегодняшний день разработаны разнообразные оптомеханические структуры6 на различных материальных платформах, включая диоксид кремния7, нитрид кремния8, кремний9, арсенид галлия10, нитрид алюминия11, алмаз12, фосфоросиликатное стекло13 и фосфид галлия14. В целом, оптомеханика резонатора критически зависит от материала, лежащего в основе устройства, требуя не только высокой оптической прозрачности и большого показателя преломления для поддержки высококачественных и сильно ограниченных оптических мод, но также большой скорости звука и низкого затухания материала для поддержки высокого качества. частотные и качественные механические резонансы.

Карбид кремния (SiC) хорошо известен своими выдающимися термическими, оптическими, механическими и химическими свойствами15 и широко применяется в мощной электронике, микромеханических датчиках, биомедицинских устройствах и астрономических телескопах16,17,18. В последние несколько лет значительные усилия были направлены на разработку микро/нанофотонных устройств на основе SiC19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30, большое внимание привлекли его нелинейно-оптические свойства26. ,28 и характеристики дефектов31,32. С другой стороны, недавние теоретические исследования33,34,35 показывают, что SiC демонстрирует собственные механические качества, значительно превосходящие другие материалы, с теоретическим произведением частотного качества (фм ⋅ Qm) ~3 × 1014 при комнатной температуре из-за его исключительно низкого качества. фонон-фононное рассеяние, которое доминирует над собственными механическими потерями в режиме СВЧ-частот. Высокие механические качества в сочетании с выдающимися оптическими свойствами делают SiC превосходной платформой для оптомеханических применений. К сожалению, превосходная механическая жесткость и химическая инертность SiC создают серьезные проблемы при изготовлении микро-/нанофотонных устройств с высокими оптическими и механическими качествами, что серьезно затрудняет реализацию оптомеханических функций на платформе SiC.

В этой статье мы демонстрируем первые SiC оптомеханические микрорезонаторы, которые демонстрируют значительную оптомеханическую связь с коэффициентом до |gom|/2π ≈ (61 ± 8) ГГц/нм, что позволяет нам эффективно активировать и характеризовать мезоскопические механические движения оптическими методами. означает. Оптимизируя структуру устройства и процесс изготовления, мы можем одновременно достичь высокого оптического качества, большой механической частоты и высокого механического качества в одном устройстве. Моды шепчущей галереи демонстрируют высокие оптические качества около ~3,8 × 104. Механические моды с радиальным дыханием демонстрируют частоты до 1,69 ГГц и механические свойства около 5500. Соответствующее произведение FM ⋅ Qm составляет 9,47 × 1012, что является самым высоким значением для насколько нам известно, фундаментальная объемная акустическая мода в SiC продемонстрирована на сегодняшний день36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47.