تحويل التردد الأديباتيكي باستخدام تأثير KERR البصري.
الأبحاث
تحويل التردد الأديباتيكي باستخدام تأثير KERR البصري.
عرض طريقة تحويل التردد مع خسارة منخفضة وإمكانية تحكم عالية
عندما تنقر على أوتار الجيتار بأصابعك، سيستمر الجيتار في إصدار نغمات بمقياس معين لفترة من الوقت. إذًا، ماذا يحدث إذا قمت بتغيير شد الوتر بسرعة بينما يستمر الصوت في العزف؟ كما يمكنك أن تتخيل، يجب أن يتغير حجم الصوت المنبعث من الجيتار مع تغير التوتر. من الناحية الفيزيائية، يمكن تفسير ذلك بحقيقة أن التردد الطبيعي للوتر يتغير مع تغير التوتر.
في الواقع، يمكن أن تحدث ظاهرة مماثلة في التجويف البصري المجهري. إذا تم إزاحة تردد الرنين الخاص بالمرنان البصري المجهري الذي يحتوي على الضوء بسرعة، فإن تردد الضوء نفسه داخل الرنان سوف يتغير أيضًا جنبًا إلى جنب مع إزاحة تردد الرنين. هذه ظاهرة تعرف باسم تحويل التردد الأديباتيكي. حتى الآن، تم تحقيق معظم تحويلات الطول الموجي الأدياباتي عن طريق تحويل تردد الرنين للرنان، مثل الرنان البلوري الضوئي، من خلال تأثير الموجات الحاملة. ومع ذلك، عند استخدام الموجات الحاملة، يكون التحكم الزمني صعبًا بسبب وقت الانتشار المحدود للموجات الحاملة، وهناك مشاكل تتمثل في أن فقدان الرنان يزداد مع زيادة كثافة الموجة الحاملة. لذلك، في هذه الدراسة، قمنا بتطوير تردد ثابت الحرارة مع خسارة منخفضة وإمكانية تحكم عالية من خلال التحكم في تردد الرنين لمرنان زجاجي يسمى تجويف بصري دقيق من السيليكا باستخدام تأثير كير البصري، وهي طريقة تسمح باستجابة فورية بدون فقدان. لقد حققنا التحويل.
الشكل 1: رسم تخطيطي مفاهيمي لتحويل التردد الأديابي. عند استخدام موجة حاملة، يظل التردد البصري محولاً حتى بعد انتهاء عملية التحكم، ولكن عند استخدام تأثير كير البصري، يمكن إرجاع التردد إلى قيمته الأصلية.
ويبين الشكل 2 النتائج التجريبية. إذا لم يتم تطبيق أي تحكم على تردد الرنين، فيجب أن يتحلل الخرج البصري بسلاسة (خط رمادي متصل). ومع ذلك، عندما يتم التحكم في تردد الرنين (المنطقة الحمراء في الشكل)، يظهر الاهتزاز في الخرج فقط خلال تلك الفترة (الخط الأزرق المتصل). هذه النبضة ناتجة عن تأثير التداخل بين الضوء الأصلي والضوء المتغير التردد داخل الرنان، ويتوافق تردد النبض مع مقدار تحويل التردد. في (أ)، يمكن ملاحظة أنه كلما كانت الطاقة الضوئية المستخدمة للتحكم في تردد الرنين أقوى، كلما زاد مقدار تحويل التردد، حيث يصل إلى حد أقصى قدره 140 ميجاهرتز. في (ب)، نجحنا في إجراء تحويلين باستخدام الاستجابة السريعة لتأثير كير البصري. لا توجد سابقة لمراقبة تحويلات التردد الأدياباتي المتعددة.
الشكل 2: النتائج التجريبية لتحويل التردد الأدياباتي. (أ) الاعتماد على السلطة. (ب) عمليات متعددة. تُظهر اللوحة السفلية التغير الزمني في مقدار تحويل التردد المقدر من الناحية النظرية.
علاوة على ذلك، من خلال الاستفادة من الاستجابة السريعة لتأثير كير البصري، أصبح من الممكن الآن دراسة تأثير فرق الطور بين الضوء الأصلي والضوء المحول على شكل موجة الإخراج. كما هو مبين في الشكل 3 (ب)، فقد تبين تجريبيًا أنه حتى بعد عملية تحويل التردد، إذا لم يعود فرق الطور إلى حالته الأصلية، فإن شكل موجة الخرج أيضًا لا يعود إلى حالته الأصلية. هذه النتيجة تتفق بشكل جيد مع النظرية.
الشكل 3: تحليل تأثير فرق الطور. (أ) الاعتماد على الطاقة لفرق الطور. ( ب ) المقارنة مع النتائج التجريبية. عندما يكون فرق الطور قريبًا من القيمة الأصلية (π) (أسفل)، فإن شكل الموجة بعد عملية التحويل يطابق شكل الموجة الأصلي. من ناحية أخرى، إذا كان فرق الطور بعيدًا عن القيمة الأصلية (أعلى)، فلن يعود شكل الموجة الأصلي.
تكمن قوة تحويل التردد الأدياباتي في أنه يمكنه تحويل الترددات بسلاسة بكفاءة 100% من حيث المبدأ. إلى جانب طبيعة هذا البحث منخفضة الخسارة، نتوقع أن يتم تطبيقه في مجالات مثل معالجة المعلومات الكمومية. سمح لنا هذا البحث أيضًا بتعميق فهمنا لتحويل التردد الأديباتي.
- تصنيفات
- 研究トピックス