Conversión adiabática de frecuencias mediante el efecto óptico KERR.
Investigación
Conversión adiabática de frecuencias mediante el efecto óptico KERR.
Demostración de métodos de conversión de frecuencia controlables y de bajas pérdidas.
Al pulsar una cuerda de la guitarra con el dedo, la guitarra emitirá una nota de un tono determinado durante un tiempo. ¿Qué ocurre si cambias rápidamente la tensión de la cuerda mientras la nota sigue sonando? Como puedes imaginar, el tono de la nota emitida por la guitarra cambiará al variar la tensión. Físicamente, esto puede explicarse por el hecho de que la frecuencia natural de la cuerda cambia al variar la tensión.
De hecho, un fenómeno similar puede ocurrir también en los resonadores microópticos. Si la frecuencia de resonancia de un resonador microóptico que contiene luz se desplaza rápidamente, la frecuencia de la propia luz en el resonador también cambia de acuerdo con el desplazamiento de la frecuencia de resonancia. Este fenómeno se conoce como conversión de frecuencia adiabática. Hasta ahora, la conversión adiabática de la longitud de onda se conseguía sobre todo desplazando la frecuencia de resonancia de los resonadores, como los de cristal fotónico, por efecto de los portadores. Sin embargo, el uso de portadores tiene los problemas de que el control temporal es difícil debido al tiempo de difusión finito de los portadores y de que la pérdida del resonador aumenta a medida que aumenta la densidad de portadores. En este estudio, se logró una conversión de frecuencia adiabática de bajas pérdidas y altamente controlable mediante el control de la frecuencia de resonancia de un resonador de vidrio llamado micro-resonador óptico de sílice utilizando el efecto Kerr óptico, un método de respuesta instantánea y sin pérdidas.
Fig. 1 Diagrama conceptual de la conversión de frecuencia adiabática. Con los portadores, la frecuencia óptica permanece convertida después de la operación de control, pero se puede utilizar el efecto Kerr óptico para restaurar la frecuencia.
La Fig. 2 muestra los resultados experimentales. Si no se aplica ningún control a la frecuencia de resonancia, la salida óptica debería decaer suavemente (línea sólida gris). Sin embargo, si se controla la frecuencia de resonancia (zona roja del diagrama), las oscilaciones aparecen en la salida sólo durante este periodo (línea sólida azul). Se trata de un latido causado por el efecto de interferencia entre la luz original y la luz del resonador cuya frecuencia se ha desplazado, y la frecuencia del latido corresponde a la cantidad de conversión de frecuencia. En (a), la conversión de frecuencia aumenta a medida que se incrementa la potencia óptica utilizada para controlar la frecuencia de resonancia, alcanzando un máximo de 140 MHz. En (b), se aprovecha la rápida respuesta del efecto Kerr óptico para lograr dos conversiones. Las observaciones de múltiples conversiones de frecuencia adiabática no tienen precedentes.
Fig. 2 Resultados experimentales de la conversión de frecuencia adiabática. (a) Dependencia de la energía. (b) Operaciones múltiples. El panel inferior muestra la variación temporal de la conversión de frecuencia estimada a partir de la teoría.
La rápida respuesta del efecto Kerr óptico también permite investigar la influencia de la diferencia de fase entre la luz original y la convertida en la forma de onda de salida, como se muestra en la Fig. 3(b). Este resultado coincide con la teoría. Este resultado coincide con la teoría.
Fig. 3 Análisis de la influencia de la diferencia de fase en. (a) Dependencia de la potencia de la diferencia de fase. (b) Comparación con los resultados experimentales. Cuando la diferencia de fase se acerca al valor original (π) (abajo), la forma de onda después de la operación de conversión coincide con la forma de onda original. En cambio, si la diferencia de fase se aleja del valor original (arriba), la forma de onda no vuelve a ser la original.
El punto fuerte de la conversión adiabática de frecuencias es que, en principio, las frecuencias se pueden convertir sin problemas con una eficacia de 1001 TP2T. Combinado con la naturaleza de bajas pérdidas de esta investigación, se espera que encuentre aplicaciones en campos como el procesamiento de información cuántica. Esta investigación también ha profundizado en nuestra comprensión de la conversión de frecuencia adiabática.
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