Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/325686
Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Dynamics of coupled micro-oscillators = Dinâmica de micro-osciladores acoplados
Title Alternative: Dinâmica de micro-osciladores acoplados
Author: Luiz, Gustavo de Oliveira, 1988-
Advisor: Wiederhecker, Gustavo Silva, 1981-
Abstract: Resumo: Nas últimas décadas a optomecânica de microcavidades chamou a atenção de cientistas e engenheiros, que encontraram na interação entre luz e ondas acústicas aplicações que variam de sensores de massa com resolução atômica, até a preparação de estados quânticos de osciladores harmônicos mesoscópicos, passando por simuladores quânticos, filtros ópticos controláveis opticamente, criação de estados topológicos para luz e fônons, apenas citando alguns exemplos. Apesar das diversas demonstrações de vários dispositivos, sendo discos e cristais fotônicos os formatos mais comuns, há ainda um grande esforço no sentido de aperfeiçoá-los reduzindo perdas ópticas e mecânicas e suprimindo outros fenômenos de óptica não-linear, como absorção de dois fótons, que podem impedir seu funcionamento apropriado. Como ressonadores ópticos e mecânicos tipicamente compartilham a mesma estrutura nestes dispositivos, seus projetos são acoplados, dificultando o aprimoramento independente de cada um. Nesta tese usamos dispositivos optomecânicos de campo próximo, cuja interação entre modos mecânicos e ópticos se dá através do campo evanescente do último, para desacoplar o projeto mecânico do óptico, o que nos permitiu estudar a otimização do ressonador mecânico sem qualquer efeito sobre a cavidade óptica. Com um ressonador mecânico de silício composto por dois osciladores acoplados, pudemos demonstrar que o correto equilíbrio das massas de cada oscilador é um método simples e eficiente para suprimir as perdas devido à radiação de energia mecânica para o substrato na escala de frequência de 50 MHz. Este processo permitiu que fatores de qualidade limitados por perdas relacionadas ao material e à superfície, da ordem de 10 mil à temperatura ambiente e de 50 mil a aproximadamente 25 K, fossem obtidos. Também observamos nestes dispositivos o fenômeno de auto-pulsação, que apresenta uma dinâmica própria tão interessante quanto a optomecânica, apesar de impedir a operação apropriada dos osciladores optomecânicos. Estudamos este fenômeno separadamente e demonstramos que estes pulsos, ocorrendo em duas cavidades ópticas acopladas por seus campos evanescentes, podem sincronizar com o campo óptico sendo o único intermediador. Ambas as demonstrações têm implicações importantes, abrindo caminho para o desenvolvimento de novas plataformas de interesse tanto científico quanto tecnológico, como estruturas para o estudo de estados topológicos para a luz e para ondas acústicas e geradores de sinal de radio-frequência de alto desempenho. Além disso, os dispositivos foram todos produzidos em uma fábrica comercial, o que também demonstra que sua fabricação está pronta para ser escalada para produção em massa

Abstract: Cavity optomechanics in the micro-scale has attracted the attention of scientists and engineers on the last few decades, who encountered applications to the interaction of light and acoustic waves ranging from atomic resolution mass sensors to the preparation of quantum states of mesoscopic harmonic oscillators, passing by quantum simulators, optically controllable optical filters, formation of topological states for both photons and phonons, just to mention a few examples. Although various devices have been demonstrated, with disks and photonics crystals being the most common designs, there is still a large effort to improve them by reducing optical and mechanical losses and suppressing other non-linear phenomena, such as two-photon absorption, that may affect their proper operation. Because optical and mechanical resonators typically share the same structure in these devices, their designs are coupled, which complicates the independent improvement of each one. In this thesis we used near-field optomechanical devices, whose mechanical modes interact with the optical through the latter¿s evanescent field, to decouple the mechanical design from the optical, what allowed us to focus all attention on the mechanical resonator. With a silicon mechanical resonator composed of two coupled oscillators, we could demonstrate that the correct balance of the masses of the oscillators is an efficient and simple way to suppress losses due to energy radiation to the substrate at the 50 MHz frequency range. This strategy led to material and surface limited quality factors close to 10k at room temperature and 50k at approximately 25 K. We also observed the phenomenon of self-pulsing in these devices, which presents dynamics as interesting as the optomechanical interactions do, in spite of being a problem for the proper operation of the optomechanical devices. We studied this phenomenon separately and demonstrated that these pulses, when occurring in two evanescently coupled optical cavities, may synchronize with the optical field being the sole intermediary. These two demonstrations have important implications, paving the way for new platforms of scientific and technological interest, such as structures for the study of topological states for both light and acoustic weaves as well as high efficiency radio-frequency signal generators. Moreover, these devices were all fabricated in a commercial foundry, which also demonstrates that the fabrication of such technology is ready to be scaled up to mass production
Subject: Teoria de modos acoplados
Optomecânica de cavidade
Dissipação de energia
Oscilações não-lineares
Silício
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
Luiz_GustavoDeOliveira_D.pdf5.38 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.