基于片上回音壁模光学微腔的表面声波光力振荡和冷却

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高品质因子光学微腔能较长时间将光场约束在很小的空间体积里,这一特性使得其在基础物理研究和应用科学中都有着相当大的作用。随着全光集成的发展,人们把更多的注意力都转移到了片上集成的回音壁模光学微腔,它们具有成熟的工艺进行批量生产。本论文的主要工作是利用片上集成的回音壁模光学微腔实现表面声波光力振荡和冷却。表面声波模式具有较高的力学品质因子,并且对微腔表面环境的变化极为敏感,可应用于低噪声振荡器和高性能传感器。另一方面,片上表面声波冷却提供了一种新的双模(两个频率差等于力学模式频率的光学模式)光力冷却平台。首先,我们通过COMSOL软件对片上微球腔和微环芯腔的表面声波进行了仿真,给出了瑞利型、横波型和纵波型三种不同的表面声波。接着,我们通过半径为41.0 μm的微球腔产生了频率为309 MHz的表面声波光力振荡,表面声波模式的力学品质因子和光力振荡的阈值分别为4000和296 μW。随后,我们用半径为29.0 μm的微环芯腔产生了频率为182 MHz的表面声波光力振荡,表面声波模式的力学品质因子和光力振荡的阈值分别为18500和1.3 mW。在表面声波的冷却实验中,我们利用半径为43.0 μm微球腔实现了对460 MHz表面声波的冷却,表面声波模式的有效温度冷却到了 150K。我们还实现了大半径为44.0 μm的微环芯腔表面声波的冷却,将185 MHz的表面声波模式冷却了 1 1倍,最终有效温度到达了 28 K。未来,我们将把片上光学微腔样品放置到4 K超低温系统中进行冷却实验,这样会使力学系统更容易达到量子基态冷却。同时,我们还可以利用双泵浦的方式来抑制在实验过程中热不稳定性效应所带来的影响。
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