El interruptor totalmente óptico de menor potencia del mundo que utiliza el efecto Kerr óptico.
Investigación
El interruptor totalmente óptico de menor potencia del mundo que utiliza el efecto Kerr óptico.
¿En qué medida se puede reducir la potencia necesaria para la conmutación?
Hasta la fecha se han realizado muchos interruptores totalmente ópticos. Los interruptores totalmente ópticos basados en resonadores microópticos fabricados con semiconductores son superiores en términos de integración y consumo de energía, pero sufren pérdidas debido a la generación de portadoras para el funcionamiento del interruptor. Esta pérdida puede ser un problema cuando los interruptores se utilizan en aplicaciones sensibles a las pérdidas, como la comunicación de información cuántica, o cuando los interruptores están en cascada. El efecto Kerr óptico, que no implica la generación de portadoras, puede utilizarse en los interruptores para resolver este problema, pero la elevada potencia óptica necesaria para generar el efecto Kerr óptico ha sido un problema. En este estudio, la potencia requerida para generar el efecto Kerr óptico se redujo significativamente mediante el uso de un resonador de silicato, y el interruptor se accionó con éxito con la potencia más baja del mundo como interruptor óptico utilizando el efecto Kerr óptico.
Los resonadores de Silicatroid tienen un valor Q extremadamente alto y un volumen de modo pequeño, por lo que cabe esperar que el efecto Kerr óptico se produzca a baja potencia de entrada (Fig. 1). Sin embargo, además del efecto óptico Kerr, en estos resonadores también existe un efecto termo-óptico, causado por el calor generado por la absorción de la luz. Normalmente, sólo el efecto Kerr óptico no se puede utilizar de forma selectiva porque el efecto termo-óptico es mayor que el efecto Kerr óptico, pero en esta investigación, el efecto Kerr óptico tiene una velocidad de respuesta mucho más rápida y nos propusimos realizar un interruptor Kerr óptico introduciendo un pulso óptico con una anchura de tiempo tan corta que el calor no puede responder. El efecto Kerr óptico tiene una velocidad de respuesta mucho más rápida que la respuesta térmica.
Fig. 1 Imagen de microscopio electrónico de barrido de una microcavidad toroidal de sílice.
La Fig. 2 muestra los resultados experimentales. La línea azul sólida muestra la salida de la luz de señal y el área gris muestra la entrada de la luz de control. Si se hubiera implementado un conmutador óptico, la salida de la luz de señal sólo se encendería cuando la luz de control entrara, y exactamente ese comportamiento se puede observar en la Fig. 2. El tiempo de respuesta del interruptor se midió en 6 ns, que es demasiado corto para una respuesta térmica, por lo que se puede concluir que este resultado se obtuvo por el efecto óptico Kerr. El resonador utilizado en la Fig. 2 requería una potencia mínima de 830 µW para el interruptor, como se muestra en la izquierda de la Fig. 3, pero al utilizar un resonador con un valor Q más alto, la potencia se redujo con éxito a 36 µW (Fig. 3, derecha). Se trata de la potencia más baja de todos los interruptores ópticos para coches registrados hasta ahora.
Fig. 2 Operación de conmutación totalmente óptica basada en el efecto Kerr. La línea azul sólida representa la salida de la señal y la zona gris indica que se introduce la luz de control. La salida de la señal se normaliza con la salida de la resonancia. La línea roja de puntos representa la señal de salida calculada por la simulación.
Fig. 3 Potencia de control mínima necesaria para la conmutación Kerr cuando se emplea una cavidad con Q de 5×106 (izquierda) y 4×107 (derecha).
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