研究目的
通过将光力晶体腔与纳米机电系统(NEMS)集成,展示对光学谐振频率的静电调控与稳定化。
研究成果
将纳米机电执行器与光机械晶体集成,可实现光学共振的有效静电调谐与稳定化——实验证明波长偏移量超过四个腔线宽,并通过反馈控制提升了稳定性。该方法有助于光力学领域中的长期测量及多域相互作用研究。
研究不足
与其他NEMS/MEMS器件相比,调谐范围有限;调谐范围与机械频率之间存在权衡;制造差异会影响尺寸;光学耦合修改可能会降低机械品质因数。
1:实验设计与方法选择:
该研究将Si3N4槽模光力晶体腔与NEMS执行器集成,用于控制调谐梁的位移。采用有限元法(FEM)进行光学和机械行为的模拟设计与预测。
2:样品选择与数据来源:
器件制备于硅衬底上250 nm厚的化学计量比Si3N4薄膜,样品包含不同间隙尺寸和电极构型。
3:实验设备与材料清单:
设备包括980 nm外腔可调谐二极管激光器、光纤锥波导(FTW)、射频探针、矢量网络分析仪(VNA)、光电探测器、比例-积分-微分(PID)控制器、扫描电子显微镜(SEM);材料包括Si3N4、带Cr粘附层的Au电极。
4:带Cr粘附层的Au电极。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:制备工艺包含电子束光刻、剥离、反应离子刻蚀及KOH释放;室温下通过FTW耦合激光进行光学表征,施加直流/交流偏压至NEMS执行器并测量光学光谱与机械响应,采用PID控制器实现反馈控制。
5:数据分析方法:
通过洛伦兹拟合获取品质因数与共振频率,采用FEM模拟预测,结合理论拟合分析执行器行为。
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获取完整内容-
external cavity tunable diode laser
980 nm
Used for optical characterization by coupling light into the devices.
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fiber taper waveguide
FTW
Used for evanescent coupling of light into the optical cavity.
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RF probe
Used to apply driving signals to the NEMS actuators.
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vector network analyzer
VNA
Used for small-signal characterization by generating oscillating voltage signals and measuring responses.
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photodetector
Used to detect the optical signal output.
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PID controller
proportional-integral-derivative controller
Used for feedback control to lock the optical cavity resonance to the laser wavelength.
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scanning electron microscope
SEM
Used for imaging the fabricated devices.
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