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设备和结构

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介质纳米蝴蝶结允许超高灯监禁

14 Sep 2018 Michela Picardi. 
Bowtie phc的艺术渲染。信用:Ella Maru Studio
Bowtie phc的艺术渲染。信用:Ella Maru Studio

匹配等离子体谐振器的亚波长限制能力,通过光子晶体的超低损耗和腔寿命可能是较近的阶段,因为这是团队的工作 沙龙韦斯特 来自 电气工程与计算机科学部 Vanderbilt University(美国)。研究人员首次进行了实验证明了硅“蝴蝶结”晶体腔中的光限制。出版于 科学, 这篇文章 确认 本集团于2016年制定的理论预测 并为全介电场增强和限制铺平了途径,对光伏,计算,传感和量子光学应用的应用至关重要。

在亚波长量中的灯光将是一种长期挑战。它是有吸引力的,因为它避免了光学显微镜的传统衍射极限,允许探测较小的区域。此外,相关的局部场增强诱导强烈的浅点相互作用,这可以被操纵以产生下一代光子技术。

捕获光的一种方式是通过时间限制,其中光保持在质量因子的腔内,尽可能长。实际上,介电基腔可以具有非常高的Q因素,使它们能够良好地保持入射光。但与其等离子体对应物相比,电介质纳米结构中的光的禁闭是衍射限制的,这意味着腔保持腔容纳的光的体积永远不会基本上小于入射波长。

在最近的工作中,韦斯和同事已经设法将具有与等离子体结构实现的模板卷相当的高Q因子,使用单元电池是弓形形状的光子晶体腔。这种强大的限制是由他们称之为“双步定位过程”的基础。第一个限制步骤是任何光子材料的,由于晶体的两个组成材料之间的折射率之间的对比,在这种情况下,具有空气孔。结构力光的不同折射率以某些优先方向散射并防止其在其他方面传播。这完全类似于原子电位为晶体的电子产生带隙的方式,因此被称为光子带隙效果。

然而,与传统的光子晶体相比,该腔的晶格孔呈纳米蝴蝶结形状的介电包裹物,其进一步用来局限地在其尖端之间定位光。这种两步现象有效地保留了光子晶体腔的高Q因子,同时在蝴蝶结的尖端上实现了光的强烈空间限制。

本实验

为了制造这种有效的材料,精确的纳米级控制是必不可少的。调制硅光子晶体的弓形单元电池的厚度以实现V形槽。然后通过组装连续的单元电池来构建腔,其中心分开450nm。中央单元电池的半径为150nm,其在每个后续单元电池的每个后续单元电池中逐渐增加,对于在腔的两侧的流获的单元电池上至187nm。总共,腔在中央电池的每一侧提出了20个单元电池和10个镜面单元单元。与标准圆形光子晶体单元电池相比,单个蝴蝶结单元电池的结果显示了电场的峰值的80倍。

为了测量结构内的模式分布,该团队依赖于近场扫描光学显微镜(NSOM)。作为一个整体,腔具有Q = 10的质量因子5,与光子晶体的值相当的值,以及模数体积,其比其他光子晶体小的两个数量级,并且与等离子体对应物相当。

该团队预测“这种前所未有的强大的淡灾互动平台可以促进科学的促进在广泛的应用中,包括低功耗光电子,非线性光学和量子光学器件。”

研究人员沙龙韦斯和Shuren Hu

这一切都始于理论

本文的第一作者Shuren Hu,现在担任GlobalFoundries的硅光子学的主要工程师,告诉我这项工作背后的旅程和人员:

“思考这项研究项目,这是一个非常长的旅程,特别是实验部分。当Weiss教授和我第一次提交理论纸时,我们得到了非常混合的反馈。一些审稿人非常感兴趣,有些怀疑这种设计的可行性。感谢我们的合作者,我们能够制造这种光子晶体<10nm bowtie tip定义,然后成功表征它。我想喊出我们令人敬畏的合作者和共同作者:Marwan Khater将在IBM Silicon Photonics Group中,Ernst Kratschmer和Sebastian Engelmann位于IBM MementS研究实验室。它们共同提出了具有高均匀性和V沟深度调制的蝴蝶结光子晶体结构的几种创新。 Rafael Salas-Montiel在大学De Technologie De Troyes也使用近场扫描光学显微镜(NSOM)在结构内部的光学模式分布。“

他还说,与Weiss一起,他们正在继续通过新的国家科学基金会赠款来合作这个项目,并欢迎新的合作,进一步推进其Bowtie光子晶体的科学和应用。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者