双金属纳米线的低功耗光热自振荡

我们研究了在入射激光和反射 Si 镜存在下，双金属、光吸收性 SiN-Nb 纳米线的非线性力学。该纳米线位于光强驻波中并受到光热力作用，由于工程化的强温度-位置 ($T$-$z$) 耦合，其在 $<1\, \rm{\mu W}$ 的低入射光阈值下发生自诱导振荡。除了诱导自振荡外，激光还会导致机械谐振频率 $\omega_0$ 和平衡位置 $z_0$ 发生不可忽略的巨大变化。我们给出了激光照射下运动的实验结果和理论模型。在模型中，我们通过微扰方法求解控制非线性微分方程，表明自振荡幅度由直接的 $T$-$z$ 耦合与由 $T$-$\omega_0$ 耦合引起的 $2\omega_0$ 参量激发的竞争效应决定。随后我们研究线性化运动方程，表明光热反馈的最优热时间常数 $\tau$ 为 $\tau \to \infty$，而非广泛报道的 $\omega_0 \tau = 1$。最后，我们展示了驱动运动的光热品质因数 ($Q$) 增强，以此作为抵消空气阻尼的手段。理解光热效应对微机械器件的影响，以及基于光学的运动检测的非线性方面，能够实现作为振荡器或其他电子元件的新器件应用，其器件占用面积更小且环境真空要求更宽松。