Ponerse en marcha: los investigadores crean un li lento

AMHERST, Mass. — Investigadores, incluido un postdoctorado en la Universidad de Massachusetts Amherst, han creado un microanillo de cristal fotónico en forma de engranaje que aumenta la fuerza de las interacciones luz-materia sin sacrificar la calidad óptica. El resultado es un microrresonador en chip con un factor de calidad óptica 50 veces mejor que el récord anterior en dispositivos de luz lenta que podría mejorar los microrresonadores utilizados en una variedad de aplicaciones fotónicas, que incluyen detección y metrología, óptica no lineal y electrodinámica cuántica de cavidad.

Los microrresonadores ópticos son estructuras que mejoran las interacciones luz-materia a través de una combinación de largo confinamiento temporal (es decir, alto factor de calidad) y fuerte confinamiento espacial de una onda electromagnética. El dispositivo que los autores han desarrollado de muchas maneras integra los mejores atributos de dos tipos de microrresonadores ópticos, un cristal fotónico y un resonador de modo de galería susurrante, en un solo dispositivo. Si bien en el pasado se intentó combinar los dos, los dispositivos de microanillo anteriores que lograron reducir la velocidad de la luz para aumentar las interacciones (una consecuencia del cristal fotónico) tuvieron que sacrificar el factor de calidad. En este nuevo anillo de cristal fotónico de «microengranaje», los investigadores observaron modos con una velocidad de grupo ralentizada 10 veces en relación con los modos de microanillo convencionales sin ninguna degradación en el factor de calidad.

El estudio, dirigido por el primer autor Xiyuan Lu y el investigador principal Kartik Srinivasan, ambos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland, aparece en la edición de enero de 2022 de Fotónica de la naturaleza. Universidad de Massachusetts Amherst Andrés McClung, un postdoctorado en el laboratorio de fotónica de Amir Arbabi y ex colega de Lu en el NIST, proporcionó modelos y simulaciones por computadora para el trabajo.

“Demostramos que los modos ópticos en estas estructuras pueden mostrar una velocidad de grupo mucho más baja que los modos en las guías de ondas fotónicas integradas estándar (‘luz lenta’) mientras mantienen una baja pérdida (factor de alta calidad), y que podemos localizar aún más estos modos. espacialmente introduciendo una región ‘defecto’ dentro del resonador», dice Srinivasan. “Debido a su combinación única de características, el sistema en general es atractivo para muchas aplicaciones de microrresonadores, que en general se utilizan para mejorar las interacciones luz-materia en una amplia gama de contextos, desde fuentes de un solo fotón hasta puertas de un solo fotón y no lineales. óptica.»

«Lo que diferencia este trabajo», dice McClung, «es la geometría de su microanillo».

“En el pasado, la gente hacía agujeros en el centro de estos anillos para introducir el cristal fotónico”, dice. “En lugar de perforar un agujero, creamos pequeñas protuberancias en el interior del anillo. Esta es la modulación que necesitas e introducirla perturba el modo de forma menos agresiva”.

En la versión defectuosa del dispositivo, en lugar de que las protuberancias sean perfectamente periódicas a lo largo de la circunferencia del anillo, una cierta cantidad de protuberancias tienen una amplitud ligeramente diferente, formando una forma de localizar la luz dentro de solo una pequeña fracción del anillo.

“Los dispositivos como el nuestro se pueden usar para mejorar la interacción luz-materia, y actualmente estamos trabajando en el uso de nuestro anillo de cristal fotónico de microengranaje para aumentar la fuerza de interacción entre la luz y un vapor de átomos de rubidio para aplicaciones en redes cuánticas”, agregó Lu.

Esta investigación cuenta con el apoyo de DARPA Science of Atomic Vapors for New Technologies (SAVaNT) y NIST en un chip programas

Contacto: Andrew McClung, [email protected]

Kartik Srinivasan, [email protected]

Melinda Rose, [email protected]