أدنى طاقة في العالم تم تحقيقها باستخدام المحول البصري بالكامل باستخدام تأثير Kerr البصري

حتى الآن، تم تحقيق العديد من المفاتيح الضوئية بالكامل. من بينها، جميع المفاتيح الضوئية التي تستخدم مرنانات بصرية مجهرية مصنوعة من أشباه الموصلات ممتازة من حيث التكامل واستهلاك الطاقة، ولكن من ناحية أخرى، تحدث الخسائر بسبب توليد الموجات الحاملة المستخدمة لتشغيل المحول. يمكن أن تكون هذه الخسارة مشكلة عند استخدام المحولات في التطبيقات الحساسة للخسارة مثل اتصالات المعلومات الكمومية أو عند التبديل المتتالي. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام تأثير كير البصري، والذي لا يتضمن توليد الموجة الحاملة، في المحول، ولكن المشكلة تكمن في أن الطاقة الضوئية العالية مطلوبة لتوليد تأثير كير البصري. لذلك، في هذا البحث، قمنا بتقليل الطاقة المطلوبة لتوليد تأثير كير البصري بشكل كبير باستخدام مرنان حلقي من السيليكا، ونجحنا في تشغيل مفتاح ضوئي باستخدام تأثير كير البصري بأقل طاقة في العالم.

تتمتع مرنانات السيليكا الحلقية بقيم Q عالية جدًا وأحجام وضع صغيرة، لذلك من المتوقع أن يتم إنشاء تأثير Kerr البصري باستخدام طاقة دخل منخفضة (الشكل 1). ومع ذلك، في هذا الرنان، بالإضافة إلى تأثير كير البصري، هناك أيضًا تأثير يسمى التأثير الحراري البصري، والذي يحدث بسبب الحرارة الناتجة عن امتصاص الضوء. عادة، يكون التأثير الحراري البصري أكبر من تأثير كير البصري، لذلك لا يمكن استخدام تأثير كير البصري بشكل انتقائي فقط، ولكن في هذه الدراسة استفدنا من حقيقة أن تأثير كير البصري له استجابة أسرع بكثير لقد هدفنا إلى تحقيق مفتاح السيارة البصري عن طريق إدخال نبضة ضوئية ذات عرض زمني قصير جدًا بحيث لا تستجيب الحرارة.

الشكل 2. عملية التبديل البصري بالكامل بناءً على تأثير كير. يمثل الخط الأزرق الصلب خرج الإشارة وتشير المنطقة الرمادية إلى أنه تم إدخال ضوء التحكم عن طريق خرج الرنين إخراج الإشارة المحسوبة بواسطة المحاكاة.