Cavity optomechanics in silicon disks and nanostructured disks

Autor(es)

Felipe Gustavo da Silva Santos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2017-06-09

Membros da banca

Thiago Pedro Mayer Alegre; Lino Misoguti; Christiano José Santiago de Matos; José Antonio Roversi; Lucas Heitzmann Gabrielli

• Orientador: Thiago Pedro Mayer Alegre; Gustavo Silva Wiederhecker

Resumo

A optomecânica de cavidades se transformou numa área de estudos muito rica, com aplicações em interferômetros de ondas gravitacionais, fundamentos de mecânica quântica, simulações quânticas, sincronização, filtros ópticos reconfiguráveis por luz, memórias ópticas¿entre diversas outras. Dos muitos dispositivos relatados na literatura, microcavidades integradas em chips são uma alternativa promissora para o estudo de efeitos dinâmicos devido à interação entre ondas ópticas e ondas mecânicas confinadas. Entre as microcavidades, discos e cristais optomecânicos (baseados em confinamento por bandgaps fotônico e fonônico) são dispositivos especialmente promissores e frequentemente estudados, cada um tendo vantagens únicas. Nesta tese, unimos a versatilidade dos discos ao confinamento por bandgap numa nova proposta de dispositivo optomecânico, o bullseye (inglês para "alvo"). De um lado, produzimos conhecimento local em fabricação e caracterização de discos optomecânicos de silício, chegando a larguras de linha óptica menores que 1 GHz (fator de qualidade da ordem de 105). De outro, mostramos que o bullseye pode superar algumas limitações dos discos simples com o intuito de alcançar o chamado regime de banda lateral resolvida, no qual a frequência de ressonância mecânica é maior que a largura de linha óptica. A partir de simulações pelo método dos elementos finitos, compreendemos em profundidade as propriedades optomecânicas do bullseye, prevendo modos mecânicos de alta frequência com taxa de acoplamento optomecânico (medida do desvio da frequência óptica devido a flutuações do estado fundamental mecânico) de até 200 kHz ¿ valor igual ao dispositivos considerados estado-da-arte. Por fim, demonstramos experimentalmente as propriedades optomecânicas do bullseye em amostras fabricadas com processos industriais CMOS, um resultado importante que abre o caminho para aplicações massivas, tanto comerciais quanto em pesquisa, de cavidades optomecânicas (AU)

• Processo FAPESP: 13/06360-9 - Estudo de Cavidades Optomecânicas
• Beneficiário: Felipe Gustavo da Silva Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado