Stabilisierung von thermooptischen Schwingungen mit hybriden mikrooptischen Resonatoren.

Um den Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnologie drastisch zu senken, wird viel geforscht, um von elektronischen Schaltkreisen, bei denen die meiste Energie in Form von Wärme verloren geht, zu optischen Schaltkreisen überzugehen, die äußerst energieeffizient sind. Optische Autokämme auf der Basis mikrooptischer Resonatoren gewinnen als wichtige Komponente optischer Schaltungen zunehmend an Bedeutung, da sie die Zeitreferenz einer optischen Schaltung mit hoher Präzision bestimmen können und viel kleiner und billiger sind als herkömmliche optische Frequenzkämme mit modengekoppelten Lasern.

Insbesondere mikrooptische Resonatoren aus Kalziumfluorid, das einen sehr geringen optischen Absorptionskoeffizienten hat, können optische Carcombs mit weitaus weniger Energie in Schwingung versetzen als herkömmliche mikrooptische Resonatoren aus Magnesiumfluorid oder Siliziumdioxid. In mikrooptischen Resonatoren aus Kalziumfluorid wirken jedoch der thermooptische Effekt und die thermische Ausdehnung, die auf die geringe Wärme zurückzuführen sind, die durch die Absorption von Licht durch das Material entsteht, als Effekt, der den Resonator effektiv verkleinert bzw. vergrößert, was zu thermooptischen Schwingungen führt, die die optische Leistung im Resonator periodisch schwanken lassen. Infolgedessen kann keine stabile Oszillation des optischen Autokamms erreicht werden, was die praktische Anwendung von mikrooptischen Kalziumfluoridresonatoren als optische Autokamm-Lichtquelle erschwert hat.

In dieser Studie wird ein hybrider mikrooptischer Resonator mit einer Struktur vorgeschlagen, bei der Silizium mit hoher Wärmeleitfähigkeit in einen mikrooptischen Resonator aus Kalziumfluorid eingebettet ist. In dem hybriden mikrooptischen Resonator dient das Silizium als Wärmesenke, wodurch die Wärme, die die Ursache für die Instabilität ist, effizient abgeführt werden kann.