Линзовая волоконная решетка Брэгга

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 4937 (2022) Цитировать эту статью

1359 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Оптомеханические системы выигрывают от связи между оптическим полем и механическими вибрациями. Оптоволоконные устройства хорошо подходят для легкого использования этого взаимодействия. Мы сообщаем об альтернативном подходе к мембране из нитрида кремния посередине высокой добротности (\(10^6\)–\(10^7\)) Фабри-Перо, образованной решеткой, вписанной в волокно. сердечник в качестве входного зеркала перед диэлектрическим задним зеркалом. Метод Паунда-Древера-Холла, используемый для стабилизации частоты лазера на частоте оптического резонанса, позволяет снизить низкочастотный шум до \({4}\,{{\mathrm{kHz}}/\sqrt{\mathrm{ Гц}}}\). Мы представляем подробную методологию характеристики оптических и оптомеханических свойств этой стабилизированной системы с использованием мембран различной геометрии с соответствующими резонансными частотами в диапазоне нескольких сотен \({\mathrm{kHz}}\). Превосходная долговременная стабильность иллюстрируется непрерывными измерениями спектра термомеханического шума в течение нескольких дней при поддержании оптического резонанса лазерного источника. Этот важный результат делает эту систему идеальным кандидатом для оптомеханических датчиков.

Оптомеханика резонаторов исследует взаимное взаимодействие электромагнитного излучения и механического смещения с использованием оптических и механических резонаторов. Это взаимодействие было исследовано в самых разных объемных системах, от системы Фабри-Перо с подвешенным микрозеркалом1 до механической мембраны посередине (описываемой ниже как MIM) такой полости2. Также были реализованы многочисленные интегрированные наноразмерные устройства, такие как подвесные микродиски3, фотонные и фоксонно-кристаллические системы4,5,6 или установки на основе резонаторов режима шепчущей галереи7,8,9,10,11.

За последние два десятилетия также появилось множество волоконных оптико-механических систем различного назначения. Использование вогнутых торцевых граней волокна, покрытых высокоотражающей брэгговской решеткой, сформированных лазерной обработкой \(\hbox {CO}_2\) (лазерной абляцией концов волокна)12, с точностью от высокой до сверхвысокой (от \(10^3\) до \(10^5\)) Можно построить оптомеханические резонаторы на основе волокон. Эти установки являются отличной основой для системы «механический резонатор посередине», где свойства механического резонатора и оптическая точность резонатора могут быть оптимизированы независимо (в отличие от системы Фабри-Перо с подвешенным зеркалом). Были проведены исследования углеродных наностержней13 и нанотрубок14 в середине таких полостей с оптическим измерением их броуновского движения. Другие группы работали над созданием мембраны из нитрида кремния с высоким коэффициентом добротности: первое исследование на этой оптоволоконной установке MIM включало наблюдение динамического обратного действия с дисперсионным оптомеханическим взаимодействием (сдвиг оптической резонансной частоты, вызванный механическим смещением), с оптически индуцированный сдвиг частоты механического резонанса (эффект оптической пружины) и оптомеханическое демпфирование15. Подобные конфигурации были построены с тех пор, с соответствующими динамическими наблюдениями обратного действия, с различными другими интересными свойствами, от оптически опосредованной гибридизации механических мод16 до дополнительного диссипативного оптомеханического взаимодействия (сдвиг оптических потерь при механическом смещении)17,18. Наконец, группа Эяля Букса работала над различными оптомеханическими резонаторами на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР). Их системы состоят из высокоотражающей брэгговской решетки, вписанной в сердцевину волокна, которая служит статическим входным зеркалом резонатора Фабри–Перо при \(\lambda ={1,55}\,{\upmu \text {m} }\), перед подвешенным металлическим задним зеркалом (прямоугольной или балочной конструкции). Оптическая точность в этой ситуации относительно низкая (порядка 10) из-за более низкой отражательной способности ВБР по сравнению с кончиками волокон с брэгговским покрытием со сверхнизкими потерями. Они разработали различные конфигурации: металлический луч непосредственно закреплялся на полированном конце волокна, вызывая пассивное выравнивание19,20,21, или свет фокусировался на микромеханическом резонаторе с помощью градиентной линзы, прикрепленной к торцевой грани волокна22. , 23. Болометрические автоколебания выше определенного входного порога наблюдались при нагреве металлического зеркала за счет оптического поглощения. Насколько нам известно, это единственные исследования оптомеханических резонаторов на основе ВБР.