Optoelectronic forces with quantum wells for cavity optomechanics in GaAs/AlAs semiconductor microcavities

Autores
Villafañe, Viviana Daniela; Sesin, Pablo Ezequiel; Soubelet, Pedro Ignacio; Anguiano, Sebastian; Bruchhausen, Axel Emerico; Rozas, Guillermo; Gomez Carbonell, C.; Lemaître, A.; Fainstein, Alejandro
Año de publicación
2018
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Radiation pressure, electrostriction, and photothermal forces have been investigated to evidence backaction, nonlinearities, and quantum phenomena in cavity optomechanics. We show here through a detailed study of the relative intensity of the cavity mechanical modes observed when exciting with pulsed lasers close to the GaAs optical gap that optoelectronic forces involving real carrier excitation and deformation potential interaction are the strongest mechanism of light-to-sound transduction in semiconductor GaAs/AlAs distributed Bragg reflector optomechanical resonators. We demonstrate that the ultrafast spatial redistribution of the photoexcited carriers in microcavities with massive GaAs spacers leads to an enhanced coupling to the fundamental 20-GHz vertically polarized mechanical breathing mode. The carrier diffusion along the growth axis of the device can be enhanced by increasing the laser power, or limited by embedding GaAs quantum wells in the cavity spacer, a strategy used here to prove and engineer the optoelectronic forces in phonon generation with real carriers. The wavelength dependence of the observed phenomena provide further proof of the role of optoelectronic forces. The optical forces associated with the different intervening mechanisms and their relevance for dynamical backaction in optomechanics are evaluated using finite-element methods. The results presented open the path to the study of hitherto seldom investigated dynamical backaction in optomechanical solid-state resonators in the presence of optoelectronic forces.
Fil: Villafañe, Viviana Daniela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina
Fil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina
Fil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina
Fil: Anguiano, Sebastian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina
Fil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Rozas, Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina
Fil: Gomez Carbonell, C.. Université Paris Sud; Francia
Fil: Lemaître, A.. Université Paris Sud; Francia
Fil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina
Materia
OPTOELECTRONIC
OPTOMECHANICS
SEMICONDUCTOR
MICROCAVITY
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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We demonstrate that the ultrafast spatial redistribution of the photoexcited carriers in microcavities with massive GaAs spacers leads to an enhanced coupling to the fundamental 20-GHz vertically polarized mechanical breathing mode. The carrier diffusion along the growth axis of the device can be enhanced by increasing the laser power, or limited by embedding GaAs quantum wells in the cavity spacer, a strategy used here to prove and engineer the optoelectronic forces in phonon generation with real carriers. The wavelength dependence of the observed phenomena provide further proof of the role of optoelectronic forces. The optical forces associated with the different intervening mechanisms and their relevance for dynamical backaction in optomechanics are evaluated using finite-element methods. The results presented open the path to the study of hitherto seldom investigated dynamical backaction in optomechanical solid-state resonators in the presence of optoelectronic forces.Fil: Villafañe, Viviana Daniela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. 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Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Gomez Carbonell, C.. Université Paris Sud; FranciaFil: Lemaître, A.. Université Paris Sud; FranciaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. 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