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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 光子带隙腔三维超晶格中的光学共振

DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873152 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 光在三维（3D）空间中的限制是纳米光子学中一个活跃的研究课题，因为它能实现对光子的终极控制[1]。实现这一目标的有力工具是具有定制缺陷的3D光子带隙晶体，该缺陷可作为腔体甚至波导[2]。当一维腔体阵列耦合时，会出现一种复杂的波导系统，称为CROW（耦合谐振器光学波导）[3]。值得注意的是，迄今为止尚未研究过在3D带隙内共振的耦合腔体3D超晶格。最近的理论工作预测了"笛卡尔光"的出现，其中光仅沿空间高对称方向跳跃传播[4]。这代表了适用于神经形态计算的自旋或电子安德森模型的光学类比，可能导致复杂的激光现象[5]。为了实验研究光在带隙腔体3D超晶格中的传播，我们通过反应离子刻蚀制备了硅基3D纳米结构（见图1）。该光子晶体具有立方金刚石型反木堆结构，由两组垂直孔道（X和Z方向）组成[6]，并展现出宽频3D光子带隙。通过刻意缩小两个相邻垂直孔道的尺寸，光在其交汇处被限制从而形成腔体[7]。通过制备两组缺陷孔道阵列（见图1），我们实现了3D腔体超晶格。本研究面临的挑战是实验识别这个复杂系统中的共振现象。我们采用大数值孔径（NA=0.85）测量了晶体对s偏振和p偏振光的反射率。该装置还能记录横向散射光（即沿Z方向入射、散射后从X方向检测的光）。在存在定向缺陷时，我们在反射率的阻带中观察到凹陷。相应的横向散射光谱显示阻带中与反射率凹陷相同频率处出现峰值（见图2）。为区分腔体共振与随机散斑，我们在晶体不同位置记录了多组光谱。在相同频率重复出现的峰值被归因于腔体共振散射光。散射峰的出现强烈依赖于偏振状态，这与数值计算结果一致[7]。我们现在将数值计算扩展到实验探测的孔径尺寸范围。
作者： Manashee Adhikary，Ravitej Uppu，Sjoerd A. Hack，Cornelis A. M. Harteveld，Willem L. Vos
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研究概述 实验方案

研究目的

通过实验研究光在三维带隙腔超晶格中的传播，并识别这一复杂系统中的共振现象。

研究成果

该研究通过反射率和横向散射测量，成功识别出带隙腔三维超晶格中的共振现象。研究发现散射峰的出现与偏振状态密切相关，这与数值计算结果一致。这项工作深化了对复杂三维光子结构中光传播的理解，并为纳米光子学研究以及神经形态计算和激光器等潜在应用开辟了新途径。

研究不足

该研究的局限性在于三维超晶格系统的复杂性以及实验中识别其内部共振的挑战。研究还指出，散射峰对偏振的依赖性以及需要将数值计算工作扩展到实验探测的孔径范围，这些都是有待进一步优化的领域。

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