Analyse der detaillierten Bedingungen, die erforderlich sind, um einen optischen bistabilen Kerr-Speicher zu realisieren.

Forschung

Analyse der detaillierten Bedingungen, die erforderlich sind, um einen optischen bistabilen Kerr-Speicher zu realisieren.

Auf dem Weg zu einem rein optischen Speicher auf der Grundlage des optischen Kerr-Effekts.

da (d. h. "aus diesem Grund")Frühere Forschungsergebnisse.Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass zwei Bedingungen erforderlich sind, um ein optisches Gedächtnis mit Hilfe des optischen Kerr-Effekts zu realisieren: "starke Kopplung mit verjüngten optischen Fasern" und "Add-Drop-Konfiguration mit zwei verjüngten optischen Fasern", aber diese quantitativen und detaillierten Bedingungen blieben unklar. In dieser Studie wurden die quantitativen Bedingungen, die für die Realisierung eines optischen Speichers erforderlich sind, und die Leistung des resultierenden Speichers eingehend untersucht.
Um den optischen Kerr-Effekt nutzen zu können, müssen Resonatoren aus Materialien mit niedrigem Absorptionskoeffizienten und geringer Wärmeentwicklung verwendet werden. In dieser Studie wurden Si3N4-Mikroringe (Abb. 1(a)) und Siliziumdioxid-Toroid-Resonatoren (Abb. 1(b)), d.h. Resonatoren aus Si3N4 und Siliziumdioxid, die bekanntermaßen einen niedrigen Absorptionskoeffizienten aufweisen, für die Analyse verwendet. Wie in früheren Studien wurde die numerische Analyse in Kombination mit der gekoppelten Modentheorie und der Finite-Elemente-Methode für die Analyse verwendet.

Abb. 1 Schematische Darstellung (a) eines Siliziumnitrid-Mikrorings und (b) eines Siliziumdioxid-Toroid-Mikrorings. Die weißen durchgezogenen Linien in den Farbkarten stellen eine Grenze zwischen den Materialien dar. Die weißen durchgezogenen Linien in den Farbkarten stellen eine Grenze zwischen den Materialien dar.

Abbildung 2(a)-(b) zeigt die Ergebnisse der Analyse. Die horizontale Achse stellt die Photonenlebensdauer des Resonators dar (eine Größe, die von der Kopplungsstärke mit dem Wellenleiter abhängt), und die vertikale Achse stellt die Abweichung zwischen der Resonanzwellenlänge des Resonators und der optischen Eingangswellenlänge dar. Die Farbkarte zeigt die Antriebsleistung, die zum Betrieb des optischen Speichers erforderlich ist, wenn die Bedingungen für die horizontale und vertikale Achse verwendet werden. Der graue Bereich stellt den Punkt dar, an dem der Betrieb des Speichers aufgrund von Wärmestau unmöglich wird. Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Speicherlaufwerks und der Leistung des Speicherlaufwerks, die sich aus der Analyse ergibt. Die Ergebnisse zeigen, dass Siliziumdioxid aufgrund seines geringeren Absorptionskoeffizienten als Si3N4 mit einer Leistung von 1,7 mW betrieben werden kann, während Si3N4 unter keinen Bedingungen mit einer Leistung von weniger als 1,8 W betrieben werden kann. Diese Studie deutet darauf hin, dass Si3N4, das in letzter Zeit als Plattform für nichtlineare optische Geräte Aufmerksamkeit erregt hat, möglicherweise nicht für die Verwendung als optischer Autospeicher geeignet ist, und zeigt auch den Vorteil der Siliziumdioxid-Plattform. Außerdem wurden die quantitativen Bedingungen für den Betrieb des Speichers und seine Leistung geklärt.

Abb. 2 Erforderliche Eingangsleistung für verschiedene Photonenlebensdauern (τload) und Verstimmungswerte (δ). (a) Ein Si3N4-Mikroring und (b) ein Siliziumdioxid-Toroid-Mikrokavität. (grau dargestellt). Die obere Achse stellt die Reaktionsgeschwindigkeit des Geräts dar.

Abb. 3 Abwägung zwischen der erforderlichen Antriebsleistung und der Ansprechgeschwindigkeit über die geladene Photonenlebensdauer. Die roten und blauen Diagramme sind für Si3N4-Mikrospiegel und einen Siliziumdioxid-Toroid-Mikrohohlraum.

Ein Teil dieser Untersuchung wurde im Rahmen des Programms zur Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der strategischen Information und Kommunikation (SCOPE) in Auftrag gegeben. Sie wurde auch vom Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT) im Rahmen des Projekts "Keio University Leading Graduate School (All-round type): Science for the Development of a Super-Mature Society" unterstützt.
Ermöglicht wurde diese Leistung durchJapanese Journal of Applied Physics 53, 122202 (2014). Die Informationen werden im Internet veröffentlicht.