miniatura|Simulació amb resolució temporal de la dinàmica d'un pols que il·lumina una microcavitat. Una microcavitat òptica o microresonador és una estructura formada per cares reflectants a les dues cares d'una capa separadora o medi òptic, o embolicant una guia d'ones de forma circular per formar un anell . El primer tipus és una cavitat d'ona estacionària i el segon és una cavitat d'ona viatgera . El nom microcavitat prové del fet que sovint només té uns pocs micròmetres de gruix, i la capa separadora de vegades arriba fins i tot al rang nanomètric. Com passa amb els làsers comuns, això forma una cavitat òptica o ressonador òptic, permetent que es formi una ona estacionària dins de la capa separadora o una ona viatgera que gira per l'anell.
Aplicacions i efectes La diferència fonamental entre una cavitat òptica convencional i les microcavitats són els efectes que sorgeixen de les petites dimensions del sistema, però el seu principi de funcionament sovint es pot entendre de la mateixa manera que per a ressonadors òptics més grans. Es poden observar efectes quàntics del camp electromagnètic de la llum. Per exemple, la taxa d'emissió espontània i el comportament dels àtoms es veuen alterats per una microcavitat d'aquest tipus, un fenomen que es coneix com a emissió espontània inhibida. Es pot imaginar això com la situació en què no s'emet cap fotó, si l'entorn és una caixa massa petita per contenir-lo. Això condueix a un espectre d'emissió alterat, que es redueix significativament.
A més, els efectes no lineals es veuen potenciats en ordres de magnitud a causa del fort confinament de la llum, cosa que porta a la generació de pintes de freqüència de microresonadors, processos paramètrics de baixa potència com ara la conversió descendent, la generació de segon harmònic, la barreja de quatre ones i l'oscil·lació paramètrica òptica. Diversos d'aquests processos no lineals condueixen a la generació d'estats quàntics de la llum. Un altre camp que aprofita el fort confinament de la llum és l'optomecànica de cavitats, on la interacció d'anada i tornada del feix de llum amb el moviment mecànic del ressonador esdevé fortament acoblada. Fins i tot en aquest camp, els efectes quàntics poden començar a tenir un paper.
Les microcavitats tenen moltes aplicacions, freqüentment actualment en optoelectrònica, on els làsers emissors de superfície de cavitat vertical VCSEL són probablement els més coneguts. Recentment, es va demostrar un dispositiu emissor de fotons individual col·locant un punt quàntic en una microcavitat. Aquestes fonts de llum són interessants per a la criptografia quàntica i els ordinadors quàntics .
Es presenta una visió general a l'article de revisió publicat a la revista Nature.
Tipus Ona estacionària Per a una microcavitat que suporta un mode monomodal o uns quants modes d'ona estacionària, el gruix de la capa separadora determina l'anomenat "mode de cavitat", que és la longitud d'ona que es pot transmetre i que es formarà com una ona estacionària dins del ressonador. Depenent del tipus i la qualitat dels miralls, es formarà una banda de parada a l'espectre de transmissió de la microcavitat, un llarg rang de longituds d'ona, que es reflecteix i una sola que es transmet (normalment al centre). Hi ha diferents mitjans per fabricar microcavitats d'ona estacionària, ja sigui evaporant capes alternes de medi dielèctric per formar els miralls (DBR) i el medi dins de la capa separadora o mitjançant la modificació de material semiconductor o miralls metàl·lics.
Ona viatgera Sovint anomenats simplement "microresonadors", les microcavitats d'ona viatgera tenen una ona que gira en forma de bucle en una direcció preferida, depenent de la direcció de la llum d'entrada. Poden tenir la forma de ressonadors de galeria xiuxiuejant o com a ressonadors d'anell integrats. Els materials típics dels quals estan fets poden ser semiconductors com el silici, el diòxid de silici, el nitrur de silici, els fluorurs cristal·lins (CaF2, MgF2, SrF2) o el niobat de liti. El material es tria de manera que tingui baixes pèrdues i sigui transparent en la longitud d'ona d'aplicació desitjada. Normalment, aquestes estructures es fabriquen mitjançant tornejat de diamant o micromecanitzat d'una vareta cilíndrica d'un material (especialment per a fluorurs i niobat de liti), o mitjançant fotolitografia i litografia de feix d'electrons per produir un ressonador amb patrons en un xip (per a materials basats en silici).
Quan un nombre enter de longituds d'ona del material encaixa a la circumferència del ressonador, una ona ressonant s'excita per interferència constructiva. A la ressonància, el camp lluminós es pot augmentar entre diversos centenars i diversos milions de vegades, quantificat pel coeficient de finesa del ressonador. Això també condueix a un factor de qualitat ultraalt, és a dir, que la llum viatja al voltant de la circumferència molts milions de vegades abans de desintegrar-se a l'entorn.
Referències
Categoria:Mecànica quàntica Categoria:Òptica