높은

Sep 28, 2023

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 17005(2015) 이 기사 인용

4241 액세스

37 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

실리콘 카바이드(SiC)는 광범위한 응용 분야에 매력적인 우수한 재료 특성을 나타냅니다. 우리는 높은 기계적 주파수, 높은 기계적 품질 및 높은 광학 품질을 단일 장치에 통합한 최초의 SiC 광기계식 마이크로 공진기를 시연합니다. 방사형 호흡 기계적 모드는 대기 중 기계적 Q가 약 5500인 최대 1.69GHz의 기계적 주파수를 가지며, 이는 9.47 × 1012Hz만큼 높은 fm·Qm 제품에 해당합니다. 강력한 광기계적 결합을 통해 우리는 광파에 의한 일관된 기계적 진동을 효율적으로 자극하고 조사할 수 있습니다. 시연된 장치는 SiC의 우수한 열적 특성, 화학적 불활성 및 결함 특성과 결합되어 계측, 감지 및 양자 포토닉스 분야, 특히 다른 장치 플랫폼에서는 어려운 가혹한 환경에서 응용할 수 있는 큰 잠재력을 보여줍니다.

광기계 공진기는 복사압력에 의해 매개되는 광기계적 상호작용을 통해 광학 공동과 기계적 공진기를 상호 결합합니다. 메조스코픽 기계적 운동을 단일 양자 수준까지 조사하고 제어하는 ​​탁월한 기능을 갖춘 마이크로/나노 광기계 공진기는 최근 몇 년 동안 집중적으로 연구되어 감지, 정보 처리, 시간/주파수 계측 및 양자 물리학 분야의 광범위한 응용 분야에 대한 큰 가능성을 보여주었습니다. ,2,3,4,5,6. 현재까지 실리카7, 질화규소8, 실리콘9, 갈륨 비소10, 질화알루미늄11, 다이아몬드12, 인규산 유리13 및 갈륨 인화물14을 포함한 다양한 재료 플랫폼에서 다양한 광기계적 구조6가 개발되었습니다. 일반적으로 공동 광역학은 고품질 및 강하게 제한된 광학 모드를 지원하기 위해 높은 광학 투명성과 큰 굴절률뿐만 아니라 높은 광속을 지원하기 위해 큰 음속과 낮은 재료 감쇠를 요구하는 기본 장치 재료에 크게 의존합니다. 주파수 및 고품질 기계적 공진.

탄화규소(SiC)는 뛰어난 열적, 광학적, 기계적 및 화학적 특성으로 잘 알려져 있으며 고전력 전자 장치, 마이크로 기계 센서, 생체 의학 장치 및 천문 망원경에 광범위하게 응용됩니다. 지난 몇 년 동안 SiC 기반 마이크로/나노포토닉 장치19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30를 개발하기 위해 상당한 노력을 기울였으며 비선형 광학 특성에 크게 매료되었습니다. ,28 및 결함 특성31,32. 반면, 최근 이론적 연구33,34,35에 따르면 SiC는 다른 재료보다 훨씬 우수한 본질적인 기계적 품질을 나타내며 이론적 주파수 품질(fm ⋅ Qm) 곱은 실온에서 ~3 × 1014입니다. 마이크로파 주파수 체계에서 본질적인 기계적 손실을 지배하는 포논-포논 산란. 뛰어난 광학 특성과 함께 높은 고유의 기계적 품질로 인해 SiC는 광기계 응용 분야를 위한 탁월한 재료 플랫폼이 됩니다. 불행하게도 SiC의 뛰어난 기계적 강성과 화학적 불활성은 높은 광학적 및 기계적 품질을 갖춘 마이크로/나노 광자 장치를 제조하는 데 상당한 어려움을 안겨주며, 이는 SiC 플랫폼에서 광기계적 기능의 실현을 심각하게 방해합니다.

이 편지에서 우리는 최대 |gom|/2π ≒ (61 ± 8) GHz/nm의 계수를 갖는 중요한 광기계적 결합을 나타내는 최초의 SiC 광기계적 마이크로 공진기를 시연합니다. 이를 통해 광학에 의한 메조스코픽 기계적 동작을 효율적으로 작동하고 특성화할 수 있습니다. 수단. 장치 구조와 제조 공정을 최적화함으로써 단일 장치에서 높은 광학 품질, 큰 기계적 주파수 및 높은 기계적 품질을 동시에 달성할 수 있습니다. 속삭임 갤러리 모드는 ~3.8 × 104 정도의 높은 광학 품질을 나타냅니다. 방사형 호흡 기계적 모드는 최대 1.69GHz의 주파수와 약 5500의 기계적 품질을 보여줍니다. 해당 fm ⋅ Qm 곱은 9.47 × 1012이며, 이는 에 대한 가장 높은 값입니다. SiC의 기본 벌크 음향 모드는 우리가 아는 한 현재까지36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47로 시연되었습니다.