Ciencia

Revista Colombiana de F´sica,Vol. 41, No.3, Octubre 2009 ı

´ Procesos Opticos en Micropilares Circulares
Optical Processes in Micropilares Circulars Carlos A. Parra M. a , Herbert Vinck-Posada b , Boris A. Rodr´guez b ı
b Grupo a Departamento

de Fisica, Universidade Federal de Minas Gerais, C.P. 702, Belo Horizonte, Brasil. de F´sica At´ mica y Molecular, GFAM, Universidad de Antioquia,AA 1226, Medell´n, Colombia. ı o ı

Recibido 23 de Oct. de 2007; Aceptado 2 de Sep. de 2009; Publicado en l´nea 30 de Oct. 2009 ı

Resumen Actualmente el estudio de la propagaci´ n de ondas electromagn´ ticas en heteroestructuras semiconductoras o e tiene gran importancia debido a sus m´ ltiples aplicaciones. Entre estas las microcavidades opticas hacen u ´ parte de un conjunto de nuevosdispositivos de gran eficiencia debido a los altos factores de calidad y peque˜ os vol´ menes modales que poseen. En este trabajo presentamos un m´ todo perturbativo que permite n u e realizar una detallada caracterizaci´ n de estos sistemas, en especial centraremos nuestra atenci´ n en las o o microcavidades tipo pilar (DBR Micropost) las cuales son consideradas como gu´as de ondas cuyo ´ndice ı ı depaso es cuasiperi´ dico. Con base en esto se construye un cristal fot´ nico unidimensional cuya celda o o unitaria es el pilar y se hace uso del teorema de Bloch-Floquet para obtener la ecuaci´ n modal de nuestro o sistema. Las caracter´sticas de los micropilares permiten la realizaci´ n de estudios de procesos propios de ı o la electrodin´ mica cu´ ntica de cavidades CQED como son los reg´menes deacoplamiento fuerte y d´ bil a a ı e entre la radiaci´ n (modo de la cavidad) y la materia (medio activo), el control de propiedades at´ micas o o como la emisi´ n espont´ nea mediante el efecto Purcell, cuya aplicaci´ n mas importante es la generaci´ n o a o o de fuentes de un solo fot´ n. o Palabras Clave: Microcavidades, Micropilar, Cristales Fot´ nicos. o Abstract Actually the study of thepropagation of electromagnetic waves in semiconducting heterostructures has great importance due to its multiple applications. Among these, the optical microcavities are part of a set of new devices of great efficiency due to the high quality factors and small modal volumes that can be reached. In this work we present a perturbative method that allows detailed characterization of these systems,specially we will focus our attention on the microcavities known as micropillar (DBR Micropost) which are considered as quasi-periodic refractive index waveguides. In agreement with previous consideration, an unidimensional photonic crystal is constructed whose unit cell is the pillar and the Bloch-Floquet theorem is used to obtain the modal equation of our system. The characteristics of themicropillars allows to study some processes from the cavity quantum electrodynamics theory (CQED) such as strong and weak coupling between the radiation field (cavity mode) and the matter (Active medium), the control of atomic properties as the spontaneus emission by mean Purcell effect, and the most important application is the single-photon sources. Keywords: Microcavities, Micropillar, Photonic Crystals. c2009. Revista Colombiana de F´sica. Todos los derechos reservados. ı

´ Carlos A. Parra M. et al.: Procesos Opticos En Micropilares Circulares 1. Introducci´ n o En el estudio de ondas electromagn´ ticas en medios e peri´ dicos se han desarrollado diversos m´ todos que o e permiten realizar una completa descripci´ n de estos o sistemas. Estos m´ todos resuelven las ecuaciones de e Maxwellmediante diferentes t´ cnicas num´ ricas. El e e m´ s tradicional es el FDTD (Finite Difference Timea Domain), el cual realiza una distretizaci´ n de la estruco tura por medio de una rejilla cuadrada, lo que es la principal desventaja debido a que si se requiere una mayor precisi´ n de los resultados, la discretizaci´ n debe ser o o muy fina y en consecuencia largos tiempos de c´ lculo a son...