Der weltweit leistungsschwächste volloptische Schalter, der den optischen Kerr-Effekt nutzt.

Bislang wurden viele rein optische Schalter realisiert. Optische Schalter auf der Grundlage von mikrooptischen Resonatoren, die mit Halbleitern hergestellt werden, sind in Bezug auf Integration und Energieverbrauch überlegen, leiden aber unter den Verlusten, die durch die Trägererzeugung für den Schalterbetrieb entstehen. Dieser Verlust kann ein Problem darstellen, wenn Schalter in verlustempfindlichen Anwendungen wie der Quanteninformationskommunikation eingesetzt werden oder wenn Schalter kaskadiert werden. Der optische Kerr-Effekt, bei dem keine Ladungsträger erzeugt werden, kann in Schaltern verwendet werden, um dieses Problem zu lösen, aber die hohe optische Leistung, die zur Erzeugung des optischen Kerr-Effekts erforderlich ist, war ein Problem. In dieser Studie wurde die zur Erzeugung des optischen Kerr-Effekts erforderliche Leistung durch die Verwendung eines Silikatroiden-Resonators erheblich reduziert, und der Schalter wurde erfolgreich mit der weltweit niedrigsten Leistung als optischer Schalter unter Verwendung des optischen Kerr-Effekts betrieben.

Silicatroid-Resonatoren haben einen extrem hohen Q-Wert und ein kleines Modenvolumen, so dass der optische Kerr-Effekt schon bei geringer Eingangsleistung zu erwarten ist (Abb. 1). Neben dem optischen Kerr-Effekt gibt es in diesen Resonatoren jedoch auch einen thermooptischen Effekt, der durch die bei der Absorption von Licht entstehende Wärme verursacht wird. Normalerweise kann nur der optische Kerr-Effekt nicht selektiv genutzt werden, da der thermooptische Effekt größer ist als der optische Kerr-Effekt. In dieser Forschung hat der optische Kerr-Effekt jedoch eine viel schnellere Reaktionsgeschwindigkeit, und wir haben versucht, einen optischen Kerr-Schalter zu realisieren, indem wir einen optischen Impuls mit einer so kurzen Zeitspanne eingegeben haben, dass Wärme nicht reagieren kann. Der optische Kerr-Effekt hat eine viel schnellere Reaktionszeit als die thermische Reaktion.

Abb. 2 Volloptischer Schaltvorgang auf der Grundlage des Kerr-Effekts: Die durchgezogene blaue Linie stellt den Signalausgang dar, die graue Fläche zeigt an, dass das Steuerlicht eingespeist wird. Das Ausgangssignal wird um den Off-Resonanz-Ausgang normalisiert. Die rote gestrichelte Linie stellt die durch die Simulation berechnete Signalausgabe dar.