- Accueil
- Institut Néel
- Équipes de recherche
- Pôles & Services techniques
- Travailler à l’institut
- Partenariats
- Actualités
- Agenda
- Annuaire
La présentation sera faite en anglais.
Résumé : L’optomécanique en cavité étudie l’interaction entre un degré de liberté mécanique, un oscillateur déformable en général, et un champ lumineux afin d’étudier les limites ultimes de sensibilité de la mesure lorsque la nature quantique des oscillateurs et de la lumière entrent en jeu. Cependant, l’interaction optomécanique avec des objets macroscopiques reste relativement faible et la plupart des avancées récentes dans le domaine ont été réalisées en utilisant un grand nombre de photons afin d’exacerber l’interaction. Ce nombre de photons nécessaire peut toutefois être considérablement réduit en combinant des capteurs de force ultrasensibles, des nanofils suspendus en carbure de silicium et une microcavité de grande finesse et de petit volume, afin d’augmenter le champ électromagnétique par photon.
Prolongeant une approche précédemment développée dans le groupe, où l’extrémité vibrante d’un nanofil a été insérée dans le champ lumineux d’une microcavité fibrée, ce travail étudie le couplage optomécanique d’un nanofil inséré dans le champ évanescent d’une cavité à crystal photonique. Ces approches permettent d’entrer dans le régime de l’optomécanique en photon unique, lorsque le nanofil est sensible à la force produite par une population d’un photon dans le mode de la cavité.
Pour atteindre un tel régime, il est nécessaire de connaitre et mesurer la structure du champ lumineux au-dessus du cristal photonique ainsi que celle du champ de force optomécanique, qui présentent toutes deux de grandes variations spatiales à des échelles sublongueur d’onde. Ce faisant, nous avons pu sonder les deux facettes de l’interaction optomécanique, en mesurant comment le nanofil perturbe le champ intracavité et réciproquement comment le champ intracavité agit sur l’oscillateur mécanique via les forces optiques. Dans ce manuscrit, nous décrivons d’abord les deux composantes de notre système, le cristal photonique produit au C2N et les nanofils suspendus de carbure de silicium ainsi que leur interaction optomécanique. Nous décrivons ensuite comment le nanofil permet de cartographier le champ évanescent du mode de cavité en mesurant les décalages de fréquence et les changements de réflectivité induits par le nanofil . Une telle cartographie permet de déterminer la force du couplage optomécanique, d’obtenir des informations sur la topographie du champ intracavité et d’identifier les lieux et les configurations qui maximisent le couplage. Nous avons ensuite mesuré et cartographié le champ de force optomécanique subi par le nanofil en mettant en œuvre une technique pompe-sonde dans laquelle le nanofil est mis en mouvement en modulant le nombre de photons intracavité et son mouvement est lu par un laser sonde indépendant. Le champ de force optomécanique mesuré présente de fortes corrélations avec la structure spatiale du couplage et une telle comparaison a permis d’obtenir des informations fine sur les mécanismes en jeu à la surface du crystal photonique.
Ces approches permettent d’atteindre le régime de couplage ultra-fort et nous avons démontré la capacité du nanofil à mesurer les forces produites par un petit nombre de photons dans la cavité. En refroidissant le système à des températures cryogéniques pour réduire son bruit thermique résiduel devrait permettre d’accéder au régime où les fluctuations quantiques d’un champ lumineux à faible nombre de photons seront imprimées sur les vibrations du nanofil, ouvrant ainsi des perspectives nouvelles en optique et optomécanique quantique.
