J 2024

Simulation of optomechanical interaction of levitated nanoparticle with photonic crystal micro cavity

MAŇKA, Tadeáš, Martin ŠILER, Vojtěch LIŠKA, Pavel ZEMÁNEK, Mojmír ŠERÝ et. al.

Základní údaje

Originální název

Simulation of optomechanical interaction of levitated nanoparticle with photonic crystal micro cavity

Autoři

MAŇKA, Tadeáš (garant), Martin ŠILER, Vojtěch LIŠKA (203 Česká republika, domácí), Pavel ZEMÁNEK (203 Česká republika), Mojmír ŠERÝ a Oto BRZOBOHATÝ (203 Česká republika)

Vydání

Optics Express, Optica Publishing Group, 2024, 1094-4087

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10306 Optics

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 3.800 v roce 2022

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001201953000004

Klíčová slova anglicky

optical levitation of nanoparticles; optical trapping of micro-objects; laser cooling of levitating nanoparticles; cavity cooling

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 24. 5. 2024 08:37, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

We propose and analyze theoretically a promising design of an optical trap for vacuum levitation of nanoparticles based on a one-dimensional (1D) silicon photonic crystal cavity (PhC). The considered cavity has a quadratically modulated width of the silicon wave guiding structure, leading to a calculated cavity quality factor of 8 × 105. An effective mode volume of approximately 0.16 μm3 having the optical field strongly confined outside the silicon structure enables optical confinement on nanoparticle in all three dimensions. The optical forces and particle-cavity optomechanical coupling are comprehensively analyzed for two sizes of silica nanoparticles (100 nm and 150 nm in diameter) and various mode detunings. The value of trapping stiffnesses in the microcavity is predicted to be 5 order of magnitudes higher than that reached for optimized optical tweezers, moreover the linear single photon coupling rate can reach MHz level which is 6 order magnitude larger than previously reported values for common bulk cavities. The theoretical results support optimistic prospects towards a compact chip for optical levitation in vacuum and cooling of translational mechanical degrees of motion for the silica nanoparticle of a diameter of 100 nm.