I investigated lithium niobate (LN) photonic crystal nanobeam cavities as a high-quality factor (Q) to mode volume (V) ratio optical platform. The LN photonic crystal nanobeam cavity was designed to demonstrate a transverse-electric fundamental mode with a Q/V ratio of 1.6 × 10^7 (λ/n)^−3, using numerical simulations by the finite element method and the finite-time time-domain method. The LN photonic crystal nanobeam cavity was created as a free-standing structure using focused ion beam (FIB) milling and a wet-etching process, resulting in a high sidewall angle of 85 °. Employing a U-shaped tapered optical fiber, I characterized the LN photonic crystal nanobeam cavity. The measured intrinsic Q factor and expected Q/V ratio were 6.7 × 10^3 and 7.9 × 10^3 (λ/n)^−3, respectively. The experimentally obtained Q factor was lower than the theoretical value due to downward bending and the insufficient buffer air layer of the free-standing LN photonic crystal cavity. Utilizing a thicker LN film and buffer layer would enhance the Q/V ratio of the photonic crystal cavity, thereby demonstrating potential for quantum optical and optomechanical applications in the future.
높은 품위계수-모드부피 비 광학 플랫폼을 위한 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기에 대해 연구하였다. 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기의 구조는 유한요소법과 유한차분 시간 영역 전산 모사로 1.6 × 10^7 (λ/n)^−3의 품위계수-부피 비를 가지도록 설계되었다. 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기는 85 °의 높은 측면 각도를 보여주는 집속 이온 빔 에칭으로 제작되었다. 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기의 광학적 특성을 유자 모양의 늘어진 광섬유를 이용하여 측정하였다. 측정된 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기의 고유 품위계수는 6.7 × 10^3로 측정되었고 예상되는 품위계수-모드부피 비는 7.9 × 10^3 (λ/n)^−3 이다. 제작된 리튬 나이오베이트 광결정 나노빔 공진기의 아래쪽으로의 휘어짐과 부족한 공기 버퍼층으로 인해서 품위계수모드부피 비가 감소한 것으로 추정하였다. 두꺼운 리튬 나이오베이트 층과 공기 버퍼층을 가지는 광결정 나노빔 공진기는 향상된 품위계수-모드부피 비를 가질 것으로 예측된다.
