Title (eng)
High optical and mechanical quality factor optomechanical devices
Parallel title (deu)
Optomechanische Strukturen mit hohen optischen und mechanischen Gütefaktoren
Author
Karoline Siquans
Advisor
Markus Aspelmeyer
Assessor
Markus Aspelmeyer
Abstract (deu)
In optomechanischen Systemen sind die optischen und mechanischen Eigenschaften der mechanischen Resonatoren von großer Bedeutung. Bereits jetzt gibt es viele verschiedene Arten von Resonatoren unterschiedlicher Formen und Materialien. Dennoch ist eine weitere Verbesserung dieser Strukturen notwendig.
In dieser Arbeit werden die optischen und mechanischen Eigenschaften von drei Oszillatoren untersucht. Zuerst werden Strukturen vorgestellt, die eine zusätzliche Silizium-Säule zwischen dem Spiegelpad und dem mechanischen Resonator besitzen, wodurch eine bessere Entkopplung der Mechanik von der Umgebung erzielt werden soll. Weiters wird eine völlig neue Generation von photonischen Kristall-Membranen erforscht. Sie sind so gebaut, dass ein senkrecht auftreffender Laserstrahl einer bestimmten Wellenlänge mit einer Reflektivität nahe 1 reflektiert wird. Die Kombination aus hoher Reflektivität und guten mechanischen Gütefaktoren Q von circa 10^6 macht diese Membranen zu vielversprechenden neuen optomechanischen Strukturen. Zuletzt werden die mechanischen Gütefaktoren von kommerziellen Siliziumnitrit-Membranen für verschiedene Halter und Klemmmethoden bei Raum- und Tieftemperatur untersucht. Die Resultate von Q > 10^6 für bestimmte Moden mit Befestigungen, die die Membran so wenig wie möglich berühren, stimmen ebenso mit den Ergebnissen von anderen Gruppen überein, wie die Tatsache, dass der Gütefaktor bei kryogenen Temperaturen fast um einen Faktor von 5 erhöht ist.
Abstract (eng)
In optomechanical systems, the optical and mechanical properties of the mechanical resonator are of great importance. There do already exist various types of resonators of different shapes and materials, but there is still the need for improvement.
In this thesis, the optical and mechanical properties of three mechanical devices are investigated. First, structures with an additional silicon pillar between the mechanical resonator and the mirror pad, which should entail better decoupling of the mechanics from the environment, are introduced. Then, a completely new generation of photonic crystal membranes is explored. They are designed such that a laser beam of a certain wavelength hitting them perpendicularly is reflected with a reflectivity approaching 1. This, in combination with mechanical quality factors around 10^6, makes these devices promising new optomechanical structures. Finally, the mechanical quality factors for commercial stiochiometric silicon nitride membranes are measured for various holders and clamping methods at room temperature and cryogenic temperatures. The results of Q > 10^6 for certain modes with clamping that touches the membrane as little as possible, and the fact that at low temperatures there is an enhancement of Q of almost a factor of 5, are in good agreement with previous results from other groups.
Keywords (eng)
optomechanicsquality factorquantum opticsquantum mechanicsresonatorcavityphotonic crystalmembrane
Keywords (deu)
OptomechanikGütefaktorQuantenoptikQuantenmechanikResonatorCavityphotonischer KristallMembran
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1305827
rdau:P60550 (deu)
VIII, 72 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
79
Association (deu)
Title (eng)
High optical and mechanical quality factor optomechanical devices
Parallel title (deu)
Optomechanische Strukturen mit hohen optischen und mechanischen Gütefaktoren
Author
Karoline Siquans
Abstract (deu)
In optomechanischen Systemen sind die optischen und mechanischen Eigenschaften der mechanischen Resonatoren von großer Bedeutung. Bereits jetzt gibt es viele verschiedene Arten von Resonatoren unterschiedlicher Formen und Materialien. Dennoch ist eine weitere Verbesserung dieser Strukturen notwendig.
In dieser Arbeit werden die optischen und mechanischen Eigenschaften von drei Oszillatoren untersucht. Zuerst werden Strukturen vorgestellt, die eine zusätzliche Silizium-Säule zwischen dem Spiegelpad und dem mechanischen Resonator besitzen, wodurch eine bessere Entkopplung der Mechanik von der Umgebung erzielt werden soll. Weiters wird eine völlig neue Generation von photonischen Kristall-Membranen erforscht. Sie sind so gebaut, dass ein senkrecht auftreffender Laserstrahl einer bestimmten Wellenlänge mit einer Reflektivität nahe 1 reflektiert wird. Die Kombination aus hoher Reflektivität und guten mechanischen Gütefaktoren Q von circa 10^6 macht diese Membranen zu vielversprechenden neuen optomechanischen Strukturen. Zuletzt werden die mechanischen Gütefaktoren von kommerziellen Siliziumnitrit-Membranen für verschiedene Halter und Klemmmethoden bei Raum- und Tieftemperatur untersucht. Die Resultate von Q > 10^6 für bestimmte Moden mit Befestigungen, die die Membran so wenig wie möglich berühren, stimmen ebenso mit den Ergebnissen von anderen Gruppen überein, wie die Tatsache, dass der Gütefaktor bei kryogenen Temperaturen fast um einen Faktor von 5 erhöht ist.
Abstract (eng)
In optomechanical systems, the optical and mechanical properties of the mechanical resonator are of great importance. There do already exist various types of resonators of different shapes and materials, but there is still the need for improvement.
In this thesis, the optical and mechanical properties of three mechanical devices are investigated. First, structures with an additional silicon pillar between the mechanical resonator and the mirror pad, which should entail better decoupling of the mechanics from the environment, are introduced. Then, a completely new generation of photonic crystal membranes is explored. They are designed such that a laser beam of a certain wavelength hitting them perpendicularly is reflected with a reflectivity approaching 1. This, in combination with mechanical quality factors around 10^6, makes these devices promising new optomechanical structures. Finally, the mechanical quality factors for commercial stiochiometric silicon nitride membranes are measured for various holders and clamping methods at room temperature and cryogenic temperatures. The results of Q > 10^6 for certain modes with clamping that touches the membrane as little as possible, and the fact that at low temperatures there is an enhancement of Q of almost a factor of 5, are in good agreement with previous results from other groups.
Keywords (eng)
optomechanicsquality factorquantum opticsquantum mechanicsresonatorcavityphotonic crystalmembrane
Keywords (deu)
OptomechanikGütefaktorQuantenoptikQuantenmechanikResonatorCavityphotonischer KristallMembran
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1305828
Number of pages
79
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