Microcavités optiques stabilisées par métasurfaces

Les cavités concentrent la lumière et renforcent son interaction avec la matière. La confinement à des volumes microscopiques est nécessaire pour de nombreuses applications, mais les contraintes d'espace dans ces cavités limitent la liberté de conception. Nous démontrons ici des microcavités optiques stables en contrebalançant l'évolution de phase des modes de cavité en utilisant une métasurface de silicium amorphe comme miroir de fond de cavité. Une conception minutieuse nous permet de limiter les pertes par diffusion de la métasurface à des longueurs d'onde de télécommunications à moins de 2 %, et l'utilisation d'un réflecteur Bragg distribué comme substrat de métasurface assure une haute réflectivité. Notre démonstration atteint expérimentalement des microcavités à des longueurs d'onde de télécommunications avec des facteurs de qualité allant jusqu'à 4600, des largeurs de résonance spectrale inférieures à 0,4 nm, et des volumes de mode inférieurs à Formule : voir texte. Cette méthode introduit la liberté de stabiliser des modes avec des profils d'intensité transversale arbitraires et de concevoir des modes d'hologramme amplifiés par cavité. Notre approche introduit les capacités de contrôle de la lumière nanoscopique des métasurfaces diélectriques à l'électrodynamique des cavités et est industriellement évolutive en utilisant des processus de fabrication semi-conducteurs.