Speicherung von breitbandigem Licht in Resonatoren mit ultrahohem Q-Wert.
Forschung
Speicherung von breitbandigem Licht in Resonatoren mit ultrahohem Q-Wert.
Jenseits der Fourier-Grenze Beziehung zwischen Frequenz und Zeit.
Es wird erwartet, dass Resonatoren mit ultrahohem Q-Wert in verschiedenen Bereichen Anwendung finden werden, z. B. in der Biobildgebung und der Signalverarbeitung mit Licht. Aufgrund der hohen Lichteinschließungsleistung von Resonatoren kann Licht, das für lange Zeit an einem Ort eingeschlossen ist, stark mit Materie wechselwirken.
Abb. 1 (a) Fourier-begrenzte und gechirpte Pulse. (b) Resonatorspektrum im Vergleich zum Eingangsspektrum.
Die Fähigkeit, Licht für eine lange Zeit einzuschließen, führt jedoch dazu, dass es nicht möglich ist, Licht in kurzer Zeit zu speichern, weshalb davon ausgegangen wird, dass ultrakurz gepulstes Licht nicht in einem Resonator mit ultrahohem Q-Wert gespeichert werden kann. Auf der Frequenzachse betrachtet, ist die spektrale Breite von ultrakurz gepulstem Licht breitbandig, wie aus der Fourier-Transformationsbeziehung ersichtlich ist, während die spektrale Breite des Resonanzspektrums eines Resonators mit hohem Q-Wert schmal ist und er normalerweise nur gepulstes Licht in der gleichen Bandbreite wie das Resonanzspektrum speichern kann. Wenn man also die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie mit einer breitbandigen Frequenzkomponente untersuchen will, muss unbedingt ein Resonator mit einem niedrigen Q-Wert verwendet werden. Unser Ziel war es, Licht mit Pulsbreiten zu speichern, die die Q-Wert-Grenze überschreiten, indem wir den Kerr-Effekt und die Chirp-Technologie erfolgreich kombinierten: Der Kerr-Effekt verschiebt die Resonanzfrequenz zur niederfrequenten Seite, so dass es möglich ist, Licht mit Pulsbreiten zu speichern, die länger als die Breite des Resonanzspektrums sind, wenn die momentane Frequenz des Eingangslichtpulses entsprechend der Verschiebung des Resonanzspektrums geändert wird. Der Kerr-Effekt verschiebt die Resonanzfrequenz in den Niederfrequenzbereich. Wir haben bestätigt, dass breitbandiges Licht in einem Resonator mit schmaler Linienbreite gespeichert werden kann, indem dem ultrakurz gepulsten Licht vom Gauß-Typ ein optimaler Pre-Chirp hinzugefügt wird.
Abb. 2 (a) Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsenergie für verschiedene Chirp-Mengen. (b) Input-Output-Spektrum bei optimalen Bedingungen.
Wir haben unsere Analyse anhand der Gleichung der gekoppelten Moden durchgeführt. Das verwendete Modell war ein gekoppeltes Modell mit einem Q-Wert von 3×106 (Photonenlebensdauer: 2,46 ns) in einem SiN-Ringresonator und versuchten, optimal gechirpte ultrakurze Pulse zu speichern.
In der vorliegenden Arbeit haben wir den Chirp-Anteil optimal berechnet, um einen Resonator mit einer Photonenlebensdauer von 2,46 ns und einer Halbwertsbreite (FWHM) von 0,37 Es wurde gezeigt, dass es möglich ist, gepulstes Licht mit einer Pulsdauer von 1,5 ns zu speichern. Man hofft, auf diese Weise volloptische Logikschaltungen mit Kommunikationsraten und Ultrabreitbandabtastung, die bisher nicht möglich waren, in Resonatoren mit hohem Q-Wert realisieren zu können.
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