Comparison of raised-microdisk whispering gallery-

mode characterization techniques

Brandon Redding,* Elton Marchena, Tim Creazzo, Shouyuan Shi, and Dennis W. Prather

Department of Electrical and Computer Engineering, University of Delaware, Newark, Delaware 19716, USA

*Corresponding author: redding@udel.edu

Received January 20, 2010; revised February 19, 2010; accepted February 21, 2010;

posted March 3, 2010 (Doc. ID 122865); published March 26, 2010

We compare the two prevailing raised-microdisk whispering-gallery-mode (WGM) characterization techniques, one based on coupling emission to a tapered fiber and the other based on collecting emission in the far field. We applied both techniques to study

WGMs in Si nanocrystal raised microdisks and observed dramatically different behavior. We explain this difference in terms of the radiative bending loss on which the far-field collection technique relies and discuss the regimes of operation in which each

technique is appropriate.

Présentation group meeting Tassadit Amrane14 janvier 2011

Techniques de caractérisation

Caractérisation en champs lointain. Caractérisation avec fibre effilée

Excitation par le dessus à 532nm pour une PL autour de 800nm.

Utilisation d’une fibre effilée hors contact

Récolte des rayons perdues par radiation. Récolte du champs évanescent.

La caractérisation en champs lointain est plus simple et plus rapide, pas de fibre à effiler, pas de taper à positionner et il n’y a pas d’effet de charges, le facteur de qualité mesuré est celui intrinsèque à la cavité.

Utilisation de nanocristaux de silicium :Alternance de couches a-Si/SiO2 .Faible indice de refraction : n = 1,7.Cavités de diamètre variant entre 8 et 20 um.Fabrication : Déposition de couches de SiO2 et a-Si par PECVD, jusqu’à obtention d’une couche de

200nm. Photolitho. standard avec gravure des nanocristaux avec du SF6 et C4F8 dans un

environnement d’Ar et le pied avec du gaz SF6.

T. Creazzo and al. J. Lumin. 130, 631 (2009).

Résultats obtenus pour une fibre a) sur le bord du disque et b) sur le dessus du disque et c) en champs lointain.

Apparition du deuxième mode radial aux courtes longueurs d’ondes lorsque la fibre est placée sur le dessus du disque et diminution du facteur de qualité à cause des effets de charges (fibre en contact avec le disque).

En champ lointain le deuxième mode radial apparait aux courtes longueurs d’onde au détriment du premier, on a plus de pertes par radiation pour le second mode que pour le deuxième.

Résultats obtenus

5000 5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900 60000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

4 PL du F8BT sur cavité.

PL du F8BT déposé sur une cavité de 200um

• Pertes par radiation :

Angle critique pour la réflexion totale interneDiamètre modal effectif

Fraction de l’énergie perdue par radiation en fonction du diamètre de la cavité et de la longueur d’onde .

Laser à 405nm

Microcavité de 200um,Placée à l’intérieur d’un cryostat

Lentille

Miroir

Vue du dessus du montage.

Erreurs commises :• Diamètre du disque trop élevé pour avoir des pertes par radiation.• Angle trop faible entre le disque et la lentille (~30°), normalement à 90°.

D’un montage plus adapté en champs lointain.(plus de lentilles de focalisation, stage contrôlé en angle, distance de travail

réduite) Utiliser la collecte par fibre pour les cavités présentement disponible (>

50um).

L’utilisation de la collecte par champs lointain requiert des pertes par radiation supérieures aux pertes internes du microdisque.

Conclusion