Almacenamiento de luz de banda ancha en resonadores de valor Q ultra alto.

Investigación

Almacenamiento de luz de banda ancha en resonadores de valor Q ultra alto.

Más allá de la relación del límite de Fourier entre la frecuencia y el tiempo.

Se espera que los resonadores de valor Q ultra alto encuentren aplicaciones en diversos campos, como la bioimagen y el procesamiento de señales con luz. Debido al alto rendimiento de confinamiento de la luz de los resonadores, la luz confinada en un lugar durante mucho tiempo puede interactuar fuertemente con la materia.

Fig. 1 (a) Pulsos limitados por Fourier y chirpados. (b) Espectro del resonador frente al espectro de entrada.

Sin embargo, la capacidad de confinar la luz durante mucho tiempo conlleva la incapacidad de almacenar la luz en poco tiempo, por lo que se considera que la luz de pulso ultracorto no puede almacenarse en un resonador de valor Q ultraalto. Cuando se considera en el eje de frecuencias, la anchura espectral de la luz pulsada ultracorta es de banda ancha, como puede verse en la relación de la transformada de Fourier, mientras que la anchura espectral de resonancia de un resonador de alto valor Q es estrecha, y normalmente sólo puede almacenar luz pulsada en el mismo ancho de banda que la anchura espectral de resonancia. Por lo tanto, si se quiere estudiar la interacción entre la luz y la materia con una componente de frecuencia de banda ancha, hay que utilizar por todos los medios un resonador con un valor Q bajo. Nuestro objetivo es almacenar luz con anchos de pulso que superen el límite del valor Q combinando con éxito el efecto Kerr y la tecnología chirp: el efecto Kerr desplaza la frecuencia de resonancia hacia el lado de las frecuencias bajas, de modo que si la frecuencia instantánea de la luz de pulso de entrada se modifica de acuerdo con el desplazamiento del espectro de resonancia, es posible almacenar luz con anchos de pulso mayores que el ancho del espectro de resonancia. El efecto Kerr desplaza la frecuencia de resonancia hacia el lado de las frecuencias bajas. Hemos confirmado que la luz de banda ancha puede almacenarse en un resonador de ancho de línea estrecho añadiendo un prechirp óptimo a la luz pulsada ultracorta de tipo gaussiano.

Fig. 2 (a) Relación de energía de entrada-salida para diferentes cantidades de chirp. (b) Espectro de entrada-salida en condiciones óptimas.

Realizamos nuestro análisis utilizando la ecuación de la teoría de los modos acoplados. El modelo utilizado fue un modo acoplado con un valor Q de 3×10(tiempo de vida de los fotones: 2,46 ns) en un resonador anular de SiN, y se intentó almacenar pulsos ultracortos óptimamente chirpeados.

En el presente trabajo hemos calculado de forma óptima la cantidad de chirp para obtener un resonador con un tiempo de vida de los fotones de 2,46 ns y una anchura total a medio máximo (FWHM) de 0,37 Se ha demostrado que es posible almacenar luz pulsada con una duración de pulso de 1,5 ns. Se espera que esto permita realizar circuitos lógicos totalmente ópticos con velocidades de comunicación y detección de banda ultraancha, que no han sido posibles en el pasado, en resonadores de alto valor Q.

Resultado.Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 54, No. 12, 122201 (2015).La información se publica en.
Parte de esta investigación ha sido financiada por el Programa de Fomento de la I+D en Información y Comunicaciones Estratégicas (SCOPE).