GaAs 光机械谐振器中的移动边界与光弹耦合

基于芯片的腔光机械系统正被考虑用于传感、计量和量子信息科学应用。其发展的关键在于理解光学模式与机械模式如何相互作用，这由耦合率 $g_{0}$ 量化。在此，我们开发了 GaAs 光机械谐振器，并研究了移动介质边界和光弹效应对 $g_{0}$ 的贡献。首先，我们考虑微盘中基本径向呼吸机械模式与 1550 nm 波段光学回音壁模式之间的耦合。对于从 $R=5$ $\mu$m 减小到 $R=1$ $\mu$m 的圆盘半径，模拟和测量显示 $g_{0}$ 从由移动边界贡献主导转变为由相等的光弹贡献主导。接下来，我们设计并展示了纳米梁光机械晶体，其中 2.5 GHz 的机械呼吸模式主要通过光弹效应与 1550 nm 光学模式耦合。我们展示了 $g_{0}$ 对器件面内取向的显著 (30 $\%$) 依赖性，这源于 GaAs 沿不同晶轴的光弹系数差异，制造的器件在沿 [110] 轴取向时表现出高达 1.1 MHz 的 $g_{\text{0}}/2\pi$。GaAs 纳米梁光机械晶体是一个有前景的系统，可以将已证实的大光机械耦合强度与额外功能相结合，例如压电驱动和光学增益介质的集成。