光纤法布里-珀罗腔中的激光直写制备光学膜是真的吗？

德国波恩大学物理研究所的研究人员研究人员演示了在光纤法布里-珀罗腔内使用3D激光直写制备聚合物光学膜的腔光力学实验。相关论文以“Direct laser-written optomechanical membranes in fiber Fabry-Perot cavities”为题发表在《Nature Communications》上。

集成的微光子和纳米光子光力学实验使得在单声子水平上操纵机械谐振器成为可能。连接这些结构需要需要复杂的技术，但这些技术在可调性、灵活性和多模式系统的可扩展性方面受到限制。文中，研究人员演示了在光纤法布里-珀罗腔内使用3D激光直写制备聚合物光学 膜的腔光力学实验。真空耦合率达到 g 0 /2π ≈ 30 kHz 。直接光纤耦合，耦合谐振器系统的扩展能力以及耗散结构和电极集成的潜在实现，使其成为光纤尖端集成加速度计，光机械可调谐多模机械系统以及微波到光学转换的直接光纤耦合系统的理想平台。

图1:系统概述。

研究人员利用3D激光直写技术制备膜结构，演示了一种集成了 FFPC 的光学膜中间实验。尽管膜反射率相对较低，但由于几个λ/4的相对较大的膜厚度使研究人员能够最大限度地提高两个膜-空气界面上的强度差，因此实现了g0/2π ≈ 30 kHz的大光力学耦合。通过将膜厚度减薄到一个 λ/4 的数量级来降低有效膜质量，将进一步增强光-力耦合。

图2:不同腔体几何形状的光机耦合强度。

3D DLW 制造工艺所使用的非传统聚合物材料在环境条件下具有适度的内在机械品质因数。然而，在低温条件下，机械品质因数会有显著提高。此外，大量的专用3D DLW 材料、可能采用的耗散技术 、将3D DLW结构用作材料生长的坯料以及将其用作冲压框架的功能，都将使所提出的平台得到快速发展。反之，光力学低温实验可以对 DLW 材料进行高灵敏度的材料表征，这将有助于当前专用阻抗材料的快速发展。

图3:机械谐振器特性与温度的关系。

图4:多膜结构。

3D DLW制造技术具有很大的灵活性，可将这一高度集成的平台与其他结构(如用于机电耦合的电极或发射器)相结合，使其可扩展至多膜实验。这既可以在单个 FFPC 中实现膜堆，从而提高耦合值，也可以在 DBR衬底上实现平面二维机械超材料。在首次实验中，研究人员在单个光学腔中引入了两个光学膜堆叠(见图4)，表明了这种方法的可行性。与其他平台相比，这种堆叠的层数可以很容易地扩展到两层以上，并且可以分别调整每个膜的几何形状，从而使多个膜保持一致。利用 DLW，还可以添加机械装置层，并与其他大量光物质相互作用平台相结合。这种装置层中的声学超材料将受益于巨大的光学弹簧效应，从而实现机械多模电路的可调谐力学和光学重构，其所需的复杂调谐技术远低于其他光机械平台。这将使二维超材料中的振动路由、多模机械结构中的分布式传感以及光纤尖端集成传感成为可能。