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Optical gain medium incorporation into semiconductor optomechanical cavities = Incorporação de meio de ganho óptico em cavidades optomecânicas de semicondutor

Texto completo
Autor(es):
Débora Princepe
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Instituição: Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin
Data de defesa:
Resumo

Sistemas optomecânicos e eletromecânicos baseados em semicondutores III-V tornaram-se um tópico de interesse. Além das propriedades atrativas desses materiais, essa atenção deve-se principalmente à possibilidade de integração do oscilador optomecânico e da cavidade do laser em um único dispositivo. A investigação teórica e experimental mostra que a interação nesses sistemas híbridos pode levar ao aumento da taxa de resfriamento optomecânico, controle da emissão laser, entre outros efeitos. Nesta tese, apresentamos nosso trabalho em osciladores optomecânicos ativos de material semicondutor. Sob uma abordagem semi-clássica, foi desenvolvido um modelo baseado em equações de taxa de laser acopladas a um oscilador harmônico, em que tanto as ressonâncias como as perdas ópticas são modificadas pela deformação da cavidade. Esse modelo difere da optomecânica de cavidades usual dado que o laser de bombeio e a dessintonia estão ausentes, levando a um controle feito pela injeção de corrente. O acoplamento entre vibração mecânica e oscilação de relaxação do laser é derivado da dinâmica do sistema, de modo que o regime de amplificação é alcançado para determinado valor de acoplamento optomecânico global. Sob essa condição, os fótons e a vibração mecânica apresentam oscilação auto-sustentada -- obtém-se então um laser auto-pulsado. A instrumentação para fabricação e medida do laser optomecânico foi desenvolvida com base em dispositivo microdisco com bombeio óptico com acoplamento optomecânico puramente dispersivo. Apresentamos então a investigação dos parâmetros relevantes para o projeto da cavidade em plataformas de GaAs. A emissão laser e a interação optomecânica são previstas e observadas em microdiscos com meio de ganho de poço quântico. Discutimos os desafios envolvidos na obtenção de um laser optomecânico. Finalmente, apresentamos o conceito de um laser optomecânico realista com otimização do acoplamento optomecânico empregando os mecanismos dispersivo e dissipativo. Essencialmente, um bullseye optomecânico ativo com forte acoplamento dispersivo é combinado com uma estrutura dissipativa, um anel metálico externo. A interação dispersiva é intensificada pelo confinamento de modos mecânicos e ópticos perto da borda do disco e o efeito de acoplamento dissipativo resulta da interação de campo próximo com o anel metálico separado por um estreito espaçamento. Mostra-se que esse novo dispositivo optomecânico dissipativo potencialmente resulta em um laser optomecânico realista (AU)

Processo FAPESP: 11/18945-6 - Optomecânica em cavidades ativas
Beneficiário:Débora Princepe
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto