Метод химико-механической обработки поверхности высокодобротных кристаллических микрорезонаторов c модами типа шепчущей галереи

Миньков К.Н., Данилин А.Н., Шитиков А.Е., Горелов И.К., Галкин М.Л., Мантузов А.В., Артемов Е.А., Красивская М.И., Лобанов В.Е., Биленко И.А. Метод химико-механической обработки поверхности высокодобротных кристаллических микрорезонаторов c модами типа шепчущей галереи // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 76–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-76-83

Minkov K.N., Danilin A.N., Shitikov A.E., Gorelov I.K., Galkin M.L., Mantuzov A.V., Artemov E.A., Krasivskaya M.I., Lobanov V.E., Bilenko I.A. Chemical–mechanical surface treatment method for high-quality crystalline whispering gallery mode microresonators [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 76–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-76-83

K. N. Minkov, A. N. Danilin, A. E. Shitikov, I. K. Gorelov, M. L. Galkin, A. V. Mantuzov, E. A. Artemov, M. I. Krasivskaya, V. E. Lobanov, and I. A. Bilenko, "Chemical–mechanical surface treatment method for high-quality crystalline whispering gallery mode microresonators," Journal of Optical Technology. 89(11), 691-695 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000691

Предмет исследования. Оригинальный метод обработки поверхности высокодобротных кристаллических оптических микрорезонаторов c модами типа шепчущей галереи путем химикомеханической полировки на примере микрорезонаторов из фторида магния с возможностью использования метода как для хрупких, так и для мягких материалов. Цель работы заключалась в разработке нового эффективного метода обработки поверхности кристаллических микрорезонаторов c модами типа шепчущей галереи, основанного на асимптотической химико-м ханической полировке. Метод. Изготовленные методом алмазного точения резонаторы из фторида магния полировались методом химико-механической полировки. Для определения численной взаимосвязи значений добротности и шероховатости обе величины измерены независимыми методами: шероховатость — с использованием интерференционного микроскопа, добротность — посредством определения полуширины резонансного провала мощности при критической связи. Отдельное внимание уделено изучению свойств полирующей суспензии, для чего перед началом полировки определялось распределение частиц суспензии по их размеру методом динамического рассеяния света и с помощью сканирующего электронного микроскопа. Основные результаты. Разработан и успешно применен оригинальный метод обработки поверхности высокодобротных кристаллических оптических микрорезонаторов c модами типа шепчущей галереи, позволяющий сократить время полировки минимум в три раза. Продемонстрировано, что предложенный метод обеспечивает изготовление резонаторов с малым радиусом, сохраняя их форму без изменений, с добротностью не ниже 109. Шероховатость поверхности образующей резонатора послехимико-механической полировки составила порядка 5 нм, что соответствует 1–1,5 элементарным ячейкам кристалла. Практическая значимость. Применение метода химико-механической полировки способствует сокращению времени полировки и улучшению качества поверхности структур со сложной формой, а в перспективе позволит автоматизировать процесс изготовления микрорезонаторов.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 21-72-00132 с использованием оборудования ЦКП ВНИИОФИ и ЦКП «Визуализации высокого разрешения» Сколтеха.