Optomecánica de cavidades en resonadores semiconductores híbridos.
La optomecánica de cavidades es el campo de estudio que explora la interacción entre la luz y el movimiento mecánico en medios confinados. El origen de esta interacción es simple, pero fundamental: la luz ejerce fuerza sobre la materia y las consecuencias de esta fuerza, el movimiento, afectan a...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/814/1/1Villafa%C3%B1e.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | La optomecánica de cavidades es el campo de estudio que explora la interacción entre
la luz y el movimiento mecánico en medios confinados. El origen de esta interacción
es simple, pero fundamental: la luz ejerce fuerza sobre la materia y las consecuencias
de esta fuerza, el movimiento, afectan a su vez al campo electromagnético mediante un
mecanismo de retroacción. Uno de los fenómenos clave en esta área de investigación es
el logro de diversas técnicas de enfriamiento óptico. El enfriamiento por láser se aplica
ampliamente a sistemas que van desde iones e átomos neutros a nanoestructuras,
partículas dieléctricas y muestras biológicas. La técnica se utiliza tanto para investigar
los aspectos fundamentales de la física cuántica como en aplicaciones prácticas entre
las que se encuentran la espectroscopía de alta resolución, los relojes atómicos y el
desarrollo de sensores ultrasensibles. Los desarrollos tecnológicos vinculados con el enfriamiento
por láser abarcan desde la implementación de protocolos cuánticos hasta
avances teóricos fundamentales. El principal resultado de esta tesis es la demostración
experimental de un nuevo esquema de enfriamiento óptico que utiliza polaritones.
Las microcavidades ópticas semiconductoras basadas en refrectores distribuidos de
Bragg (DBR) son resonadores físicos híbridos que han sido y continúan siendo objeto
de intensas investigaciones debido a muchos fenómenos físicos fundamentales y aplicaciones
en dispositivos, incluida la fascinante y rica física de los polaritones de cavidad.
Estas microcavidades tienen la capacidad de confinar en el mismo lugar del espacio
luz infrarroja y fonones acústicos GHz-THz, con la peculiaridad de que ambos poseen
la misma longitud de onda dando lugar a una superposición perfecta de los campos
optoacústicos. Estos fonones son modos de respiración de la estructura que modulan
fuertemente el modo de cavidad óptica, mejorando así fuertemente los procesos de acoplamiento
fotón-fonón. En esta tesis estudiamos las propiedades optomecánicas de un
resonador de este tipo con pozos cuánticos embebidos en el espaciador central.
Comenzamos por investigar las interacciones de los campos fonónicos y fotónicos
lentos y sus perspectivas para aplicaciones optomecánicas. Posteriormente, estudiamos
un resonador con pozos cuánticos embebidos que emulan átomos artificiales. Identificamos
que la fuerza óptica principal en estos dispositivos impulsados por láseres pulsados
es la fuerza optoelectrónica que incluye excitación real de portadores. Luego, realizamos
espectroscopía Raman con un láser continuo y demostramos que al diseñar los campos
optoacústicos podemos acoplar el campo eléctrico con modos mecánicos ultraltos de
manera selectiva y eciente hasta el rango de 200 GHz. Este experimento también nos
fue útil para medir los parámetros optomecánicos relevantes de nuestro sistema, como
el tiempo de vida media de los fonones y las constantes de acoplamiento optomecánicas.
Finalmente, mediante una técnica de bombeo y sondeo atípica en el área de optomec
ánica, demostramos la existencia de un mecanismo de alta eficiencia para el
enfriamiento óptico en resonadores híbridos semiconductores. El mecanismo involucra
la absorción de fonones entre una población de polaritones fuera de equilibrio y un
estado óptico excitado. En nuestro esquema, aprovechamos la componente excitónica
del polaritón para extraer eficientemente fonones GHz coherentes del resonador y
transferir su energía al campo fotónico frío. Al medir la amplitud de los fonones como
función del tiempo, obtenemos una reducción de un factor cincuenta en la vida media
de los fonones a medida que nos acercamos a la energía del gap del semiconductor. |
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