Optomechanics in photonic crystal cavities

Autor(es)

Rodrigo da Silva Benevides

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2016-08-07

Membros da banca

Thiago Pedro Mayer Alegre; Leonardo de Souza Menezes; Paulo Clóvis Dainese Júnior

• Orientador: Thiago Pedro Mayer Alegre

Resumo

A área de optomecânica de cavidades passou por um grande desenvolvimento na última década. O crescente interesse nesta área foi impulsionado principalmente pela interessante conexão entre movimentos mecânicos e campos ópticos. Tal acoplamento é amplamente explorado em diversos experimentos, com escalas variando de interferômetros quilométricos a cavidades ópticas microestruturadas. O principal desafio em todos estes experimentos é criar um dispositivo optomecânico com um longo tempo de vida óptico e mecânico, ao mesmo tempo em que mantém um grande acoplamento. Neste contexto, as cavidades de cristal fotônico surgiram como fortes candidatas já que elas são capazes de confinar campo óptico em um volume modal muito reduzido e por um longo tempo de vida. No regime clássico, estes pequenos dispositivos, que podem oscilar mecanicamente com frequências de alguns poucos MHz até dezenas de GHz, permitem detectar forças, massas e deslocamentos muito pequenos. Elas também são usadas para produzir osciladores mecânicos de alta qualidade, que podem ser sincronizados por intermédio do campo óptico. No regime quântico, a optomecânica quântica de cavidades tem sido usada para ajudar na compreensão do fenômeno de decoerência em uma escala mesoscópica, criando estados não-clássicos fortemente acoplados entre campo óptico e movimento mecânico, intermediado pela interação optomecânica. Entretanto, até agora, foram realizados poucos estudos sobre a possibilidade de produção destes dispositivos em larga escala, um passo necessário para massivas aplicações tecnológicas e científicas destes dispositivos. Neste trabalho, descrevemos um estudo detalhado de cavidades optomecânicas baseadas em cristais fotônicos produzidos numa fábrica de dispositivos compatíveis com indústria CMOS. Nós demonstramos a viabilidade desta plataforma explorando três geometrias distintas de cristais fotônicos. Primeiramente, nós mostramos como atingir fatores de qualidade muito elevados usando uma geometria consistente com as limitações de fabricação. Nossos fatores de qualidade são os maiores já reportados usando cavidades de cristal fotônico fabricadas com litografia óptica. Em seguida, investigamos uma cavidade do tipo fenda, possibilitando a produção de alto acoplamento optomecânico usando um movimento mecânico planar. Por fim, desenhamos um escudo acústico, com dimensões variadas, para restringir o modo mecânico para dentro da região óptica. Essa estratégia foi usada de forma bem sucedida para produzir altos fatores de qualidade mecânicos e acoplamentos optomecânicos, permitindo a observação de resfriamento e amplificação de modos mecânicos à baixa temperatura (AU)

• Processo FAPESP: 14/12875-4 - Cristais fotônicos e fonônicos
• Beneficiário: Rodrigo da Silva Benevides
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado