克服宽带纳米光子传感中的热光动力学
光学
2021-07-09 v1 应用物理
摘要
集成光子学的进步为使用高品因子纳米光子腔的批量制备光学传感器开辟了令人兴奋的机遇，以实现超高灵敏度和带宽。灵敏度随光功率提高而改善，然而，在微米尺度模体积内的局域吸收和加热显著扭曲腔共振，并使传感器响应与热动力学强烈耦合，限制了灵敏度并阻碍宽带时变信号的测量。在此，我们推导了一个考虑热光动力学的频率相关光子传感器传递函数，并定量描述了来自集成光子原子力显微镜纳米机械探针的实测宽带光机械信号。利用该传递函数，探针可在高光功率、强热光非线性 regime 下工作，达到约0.4 fm/Hz的灵敏度，相对于线性 regime 下的最佳性能改善了约10倍。令人意外的是，我们发现对于低信号频率，利用较低品因子光学模可获得更高的转导增益和灵敏度。不仅限于光机械换能器，所推导的传递函数普遍适用于描述受热光效应影响的广泛技术重要光子传感器的小信号动态响应。
引用
@article{arxiv.2101.07436,
title = {Overcoming Thermo-Optical Dynamics in Broadband Nanophotonic Sensing},
author = {Mingkang Wang and Diego J. Perez-Morelo and Vladimir Aksyuk},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.07436},
year = {2021}
}