DOSSIER
OPTOMéCANIQUE
cavité Fabry-Pérot à miroir mobile . Cette géométrie à une dimension est en effet plus simple et conserve les ingrédients de base du problème : une haute sensibilité optique interférométrique et une capacité à se déformer élastiquement . Le miroir arrière ( une masse ) est monté sur un ressort , devenant ainsi un résonateur mécanique .
Depuis une vingtaine d ’ années , on a assisté à une miniaturisation des instruments optomécaniques , passant de l ’ échelle kilométrique des détecteurs astronomiques à des dispositifs qui ne dépassent guère quelques micromètres de taille et parfois moins . La raison en est simple : une telle réduction de taille s ’ accompagne d ’ une réduction de masse drastique . Les
Figure 1 . Disques optomécaniques en Arséniure de Gallium . a ) Disque simple sur piédestal , avec guide optique . b ) Disque complexe , avec circuiterie nanophotonique et suspensions mécaniques .
dispositifs micro ou nano-optomécaniques rencontrés aujourd ’ hui au laboratoire possèdent une masse plus de quinze ordres de grandeur inférieure à la dizaine de kilogrammes des grands miroirs suspendus aux extrémités d ’ un détecteur d ’ ondes gravitationnelles . Les effets optomécaniques s ’ en trouvent décuplés , y compris à des niveaux de puissance optique beaucoup plus faibles qui deviennent accessibles à des expériences de table et compatibles avec des applications bas-coût . Par ailleurs , les progrès immenses réalisés en design et en nano-fabrication ont permis aux résonateurs micro et nano-optomécaniques d ’ atteindre des niveaux de performance qui n ’ ont rien à envier aux détecteurs d ’ onde gravitationnelles , bien qu ’ opérant dans des gammes différentes . En conséquence , une véritable zoologie optomécanique a émergé , couverte dans plusieurs articles de revues .
Ici , nous nous concentrerons sur la géometrie optomécanique circulaire , qui permet d ’ illustrer les développements récents . Le résonateur visible en Figure 1a est un disque optomécanique , posé sur un piédestal central . Il possède une masse d ’ un picogramme , et est le siège de modes de galerie qui atteignent des facteurs de qualité de quelques millions . Il est l ’ équivalent circulaire de la cavité Fabry-Pérot à miroir mobile : l ’ interférence optique au sein du mode de galerie dépend très finement de la déformation mécanique radiale du disque , qui est permise par l ’ élasticité de l ’ objet . De manière réciproque , la lumière circulant dans cette galerie produit un effet mécanique radial centrifuge sur le disque , écartant ses parois . Les dimensions de l ’ objet , quelque part entre l ’ échelle micro et nano , lui conférent de très hautes fréquences de vibrations radiales , de l ’ ordre du gigahertz , qui élargissent considérablement la bande passante mécanique potentielle . Comme illustrée en Figure 1b , une véritable circuiterie nanophotonique peut être déployée dans le plan du disque , pour optimiser son contrôle optique , alors qu ’ une structuration verticale peut-être réalisée pour découpler les vibrations du disque du substrat , garantissant de hauts facteurs de qualité mécanique . Ces capacités d ’ ingénierie et d ’ intégration , combinées aux sensibilités et bande-passante extrêmes atteintes par cette optomécanique miniaturisée , offrent de nombreuses perspectives dans le domaine des capteurs et détecteurs . Nous allons l ’ illustrer par trois approches ci-dessous .
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