用于片上光子集成的混合SiO2/Si柱基光机械晶体
光学
2025-05-26 v1
摘要
一维光子晶体（1D-PhC）柱腔能够将机械柱振动转换为光学域信号，从而放宽了通常与机械运动检测相关的条件。在本研究中，我们将这些几何结构集成到绝缘体上硅光子平台中，并探索其光学和机械性质。1D-PhC结构由具有纳米级直径的高纵横比纳米柱线性阵列组成，旨在增强横磁（TM）偏振光场与机械振动之间的相互作用，并最小化向衬底的光泄漏。集成波导被设计为支持类TM模式，通过倏逝波相互作用实现与1D-PhC光学腔模式的最佳耦合。有限元方法模拟和实验分析表明，这些腔实现了相对较高的光学品质因子（Q = 4x10^3）。此外，模拟和实验测量的机械振动频率均显示出超过1 MHz的大光机械耦合率（针对基频悬臂梁类模式）。通过调节1D-PhC与波导之间的间距，我们实现了最佳光学耦合条件，从而能够在宽频率范围（从数十到数百MHz）内转换热激活的机械模式。这种机械运动转换的可达性和效率的增强，显著加强了基于纳米线、纳米棒及相关结构的成熟微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）技术的可行性，特别是在力传感和生物传感等应用中。
引用
@article{arxiv.2505.17822,
title = {Hybrid SiO2/Si Pillar-Based Optomechanical Crystals for On-Chip Photonic Integration},
author = {Martin Poblet and Christian Vinther Bertelsen and David Alonso-Tomas and Rahul Singh and Elena Lopez-Aymerich and Jens Goldschmidt and Katrin Schmitt and Maria Dimaki and Winnie E. Svendsen and Albert Romano-Rodriguez and Daniel Navarro-Urrios},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.17822},
year = {2025}
}
备注
Main text: 12 pages, 4 figures Supplementary info: 5 pages, 2 figures