レンズ付きファイバーブラッググレーティング

Scientific Reports volume 12、記事番号: 4937 (2022) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

オプトメカニカルシステムは、光学場と機械振動の結合から恩恵を受けます。 ファイバーベースのデバイスは、この相互作用を簡単に利用するのに適しています。 我々は、ファイバ内に刻まれた格子によって形成された、高品質係数 (\(10^6\)–\(10^7\)) ファブリー・ペローの中間に窒化ケイ素膜を配置するという代替アプローチを報告します。誘電体バックミラーの前の入力ミラーとしてのコア。 レーザー周波数を光共振周波数で安定させるために使用されるパウンド・ドレバー・ホール技術により、低周波ノイズを \({4}\,{{\mathrm{kHz}}/\sqrt{\mathrm{ Hz}}}\)。 我々は、数百 \({\mathrm{kHz}}\) の範囲の対応する共振周波数を持つさまざまな膜形状を使用して、この安定化システムの光学的および光学機械的特性を特性評価するための詳細な方法論を提示します。 優れた長期安定性は、レーザー光源を光共振状態に維持した状態で、数日間にわたる熱機械ノイズスペクトルの連続測定によって実証されます。 この大きな成果により、このシステムはオプトメカニカルセンシングの理想的な候補となっています。

空洞オプトメカニクスでは、光共振器と機械共振器を使用して、電磁放射と機械的変位の相互作用を調査します。 この結合は、吊り下げられたマイクロミラーを備えたファブリー・ペロー 1 から、そのようなキャビティの中間膜（以下、MIM と記載）2 に至るまで、幅広いバルク システムで研究されてきました。 サスペンドマイクロディスク 3、フォトニックおよびフォクソニック結晶システム 4、5、6、またはささやきギャラリーモード共振器ベースのセットアップ 7、8、9、10、11 など、複数の統合ナノスケールデバイスも実装されています。

過去 20 年間に、さまざまな用途向けに多数のファイバー光学機械システムが登場しました。 \(\hbox {CO}_2\) レーザー加工 (ファイバー端のレーザーアブレーション) によって形成された高反射ブラッグ グレーティングでコーティングされた凹面ファイバー端面を使用12、高フィネスから超高フィネス (\(10^3\) と\(10^5\)) ファイバーベースの光機械キャビティを構築できます。 これらのセットアップは、「中間の機械的共振器」システムの優れた基盤であり、機械的共振器の特性とキャビティの光学的フィネスを独立して最適化できます（吊り下げミラーを備えたファブリ・ペローとは異なります）。 このような空洞の中央にあるカーボンナノロッド 13 とナノチューブ 14 について、ブラウン運動を光学的に測定する研究が行われています。 他のグループは、高品質係数の窒化シリコン膜の導入に取り組んできました。このファイバーベースの MIM セットアップに関する最初の研究では、分散光機械相互作用 (機械的変位によって引き起こされる光共振周波数のシフト) を伴う動的逆作用の観察が行われました。光学的に誘起される機械的共振周波数シフト（光学ばね効果）および光学機械的減衰15。 それ以来、同様の構成が、関連する動的逆作用観察とともに、光学媒介機械モードハイブリッド形成 16 から追加の散逸光学機械相互作用 (機械的変位による光学損失のシフト) 17,18 まで、他のさまざまな興味深い特性とともに構築されてきました。 最後に、Eyal Buks のグループは、さまざまなファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) ベースの光機械キャビティに取り組んできました。 彼らのシステムは、ファイバのコアに刻まれた高反射性のブラッグ格子で構成されており、\(\lambda ={1.55}\,{\upmu \text {m} にあるファブリ・ペロー共振器の静的入力ミラーとして機能します) }\)、吊り下げられた金属製の背面ミラー (長方形または梁構造) の前にあります。 この状況での光学フィネスは、超低損失のブラッグ コーティングされたファイバ チップと比較して、FBG の反射率が低いため、比較的低くなります (10 程度)。 彼らは、金属ビームを研磨されたファイバ端に直接固定して受動的な位置合わせを誘導する19、20、21、またはファイバの端面に接続された屈折率分布型レンズによってマイクロメカニカル共振器に光を集中させるなど、さまざまな構成を設計しました22。 、23。 光吸収による金属ミラーの加熱を利用して、特定の入力閾値を超えるボロメータの自立振動が観察されています。 私たちの知る限り、これらは FBG ベースの光機械キャビティに関する唯一の研究です。