Cristales optomecánicos híbridos basados en SiO₂/Si para la integración fotónica en el chip

Área de la Ciencia:

• La fotónica
• Optomecánica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las cavidades del pilar de cristal fotónico unidimensional (1D-PhC) permiten la transducción mecánica de vibraciones al dominio óptico.
• Los métodos existentes para la detección de movimiento mecánico tienen requisitos estrictos.
• La fotónica de silicio en aislante (SOI) ofrece una plataforma robusta para dispositivos integrados.

Objetivo del estudio:

• Para integrar las cavidades del pilar 1D-PhC en una plataforma SOI.
• Explorar las propiedades ópticas y mecánicas de estas estructuras integradas.
• Mejorar la transducción de movimiento mecánico para aplicaciones MEMS y NEMS.

Principales métodos:

• Fabricación de estructuras 1D-PhC con nanopillares de alta relación de aspecto.
• Ingeniería de guías de onda integradas para la luz polarizada transversalmente magnética (TM).
• Simulaciones y análisis experimentales mediante el método de elementos finitos (MEF).
• Ajuste de la separación entre 1D-PhC y guía de ondas para un acoplamiento óptimo.

Principales resultados:

• Se han alcanzado altos factores de calidad óptica (Q ~ 4 × 10^3).
• Tasa de acoplamiento optomecánico demostrada superior a 1 MHz para los modos fundamentales.
• Transducción habilitada de modos mecánicos desde decenas hasta cientos de MHz.
• Acoplamiento óptico optimizado a través de la interacción de la guía de onda con la cavidad.

Conclusiones:

• Las cavidades 1D-PhC integradas transducen efectivamente las vibraciones mecánicas al dominio óptico.
• Las tasas de acoplamiento optomecánico mejoradas y la transducción de amplia frecuencia mejoran la viabilidad de MEMS/NEMS.
• Estos hallazgos avanzan en aplicaciones de detección de fuerza y biosensores.