高Q慢光及其在光子晶体微环中的局域化

我们介绍了一种类似内齿轮的光子晶体环形腔，其融合了光子晶体（PhC）与回音壁模式（WGM）的概念。该“微齿轮”光子晶体环（MPhCR）通过对微环谐振器的内边界施加周期性调制以打开大带隙（如PhC腔），同时保持环的圆对称外边界和高品质因子（$Q$，如WGM腔）而制成。MPhCR针对特定WGM打开高达数十个自由光谱范围的大PhC带隙，在压缩模式谱的同时保持WGM模式的高-$Q$、角动量与波导耦合特性。特别地，在介质带边附近，我们观察到群速度相对于传统微环模式减慢10倍、同时支持$Q~=~(1.1\pm0.1)\times10^6$的模式。该$Q$约为此前慢光器件纪录的$\approx$50$\times$。以慢光设计为起点，我们进一步首次展示了将WGM局域化为光子晶体缺陷（dPhC）模式的能力，相较传统WGM实现模式体积缩小10$\times$以上，同时保持高达(5.6$\pm$0.1)$\times$10$^5$的高-$Q$。重要的是，这一额外的dPhC局域化无需详细的电磁设计即可实现。此外，得益于其WGM渊源，在MPhCR中控制其频率与波导耦合十分简便。通过利用PhC强烈改变WGM的基本属性（如群速度与局域化），MPhCR为包括传感/计量、非线性光学与腔量子电动力学在内的广泛光子学应用提供了一个令人振奋的平台。