Spherical Bragg Resonators for Advanced Electromagnetic Emission Engineering and Lasing Applications

Les résonateurs optiques et les microcavités dotés d'un facteur de qualité (Q) élevé et d'un petit volume modal V ont récemment suscité une attention considérable. Ces cavités permettent une interaction améliorée entre l'émetteur de lumière et le mode de cavité à Q élevé, entraînant des modifications notables dans le processus d'émission spontanée. Cela a notamment favorisé le développement de sources de photons uniques et de lasers sans seuil. L'obtention d'un Q élevé dans les microcavités est généralement réalisée par réflexion interne totale. Par exemple, la confinement par réflexion interne totale dans des microsphères de silice peut générer des modes de galerie de diffusion avec des facteurs de qualité pouvant atteindre 10!. Cependant, la réflexion interne totale impose des contraintes sur la taille de telles cavités, les limitant généralement à quelques dizaines de microns ou plus. Par conséquent, la grande taille de la cavité réduit la force de couplage entre l'émetteur de lumière et le mode optique à Q élevé. En revanche, l'utilisation de cavités de défaut dans des cristaux photoniques, basées sur des réflexions de Bragg, offre une solution à ce problème en créant des cavités à Q élevé de tailles plus petites. Les micropiliers semi-conducteurs représentent un exemple de cavités optiques confinées par Bragg, où la réflexion de Bragg confine la lumière dans une dimension, tandis que la réflexion interne totale accomplit la même chose dans les deux autres dimensions. Un autre exemple concerne les structures de défaut dans les cristaux photoniques bidimensionnels (2D), où l'effet de bande interdite photonique 2D est utilisé pour obtenir un confinement de Bragg dans le plan bidimensionnel, avec une réflexion interne totale qui confine les photons dans la troisième dimension. En tenant compte de ces facteurs, un concept intéressant consiste à créer des résonateurs de Bragg sphériquement symétriques avec une géométrie de type oignon. Cette conception vise à obtenir un confinement de Bragg omnidirectionnel approprié de la lumière, combinant ainsi un facteur de qualité élevé avec une dimension spatiale de la cavité de quelques microns. Par conséquent, cela permet de modifier de manière significative le processus d'émission spontanée à l'intérieur de telles cavités. Une proposition préliminaire concerne une structure périodique dans des coordonnées sphériques, en utilisant une sphère multicouche.