Propuesta de aplicaciones de conversión de trayectorias ópticas mediante resonadores ópticos de sílice tipo ZIPPER.
Investigación
Propuesta de aplicaciones de conversión de trayectorias ópticas mediante resonadores ópticos de sílice tipo ZIPPER.
Hacia un nuevo interruptor totalmente óptico que funciona bajo presión de radiación óptica.
Como la luz tiene impulso, genera presión cuando choca con un material. Esta presión se denomina presión de radiación óptica, pero rara vez se ha utilizado en la investigación de dispositivos porque es una fuerza extremadamente débil. Sin embargo, los recientes avances en la tecnología de los microrresonadores ópticos han conducido al desarrollo del campo de investigación de la optomecánica, en el que la presión de la radiación óptica se incrementa eficazmente para controlar la estructura del resonador. Hemos investigado teóricamente un nuevo interruptor totalmente óptico basado en la presión de la radiación óptica utilizando un resonador óptico de tipo cremallera de sílice.
El resonador óptico de cremallera de sílice está formado por dos resonadores ópticos de nanohaz próximos entre sí, como se muestra en la Fig. 1 (a). El resonador de cremallera confina y potencia la luz en su centro, lo que genera una fuerte presión de radiación óptica entre las dos estructuras puente. Cuando esta presión de radiación óptica es lo suficientemente fuerte, la estructura del resonador se desplaza y el espacio entre los dos resonadores de nanohaz cambia. Hemos considerado utilizar este comportamiento en un acoplador direccional controlable dinámicamente. Un acoplador direccional es un dispositivo utilizado para combinar y dividir la luz con dos guías de ondas ópticas muy próximas, y puede utilizarse para cambiar la trayectoria de la luz modificando adecuadamente el espacio entre las guías de ondas (Fig. 1 (b)). Sustituyendo esta guía de ondas por un resonador de cremallera, es posible realizar un interruptor óptico de cambio de trayectoria que funciona cambiando el espaciado de la guía de ondas por la presión de la radiación óptica. Este interruptor totalmente óptico accionado por la presión de la radiación óptica es el primer estudio de este tipo en el mundo y lo hemos bautizado como interruptor MOMS (Micro Opto-Mechanical system).
Fig. 1 (a) Diagrama esquemático de la cavidad de cremallera.(b) Diagrama esquemático de la propagación de la luz en la guía de ondas del acoplador direccional.
Se eligió la sílice como material del resonador para el análisis numérico del diseño y el rendimiento del interruptor MOMS. La sílice se considera adecuada para aplicaciones que requieren grandes desplazamientos estructurales debido a su baja rigidez en comparación con otros materiales ópticos. La luz de control se eligió en la banda de luz visible y la luz de señal en la banda de luz de comunicación, aprovechando la amplia gama de longitudes de onda disponibles. De este modo, la luz de la señal puede propagarse sin verse afectada por la localización de modos debida al espejo de Bragg.
Cuando la estructura del resonador se desplaza por la presión de la radiación óptica, la frecuencia de resonancia cambia adiabáticamente, por lo que la presión de la radiación óptica se puede calcular a partir de la dependencia de la energía interna del resonador U (frecuencia de resonancia ω) con la distancia de desplazamiento s (dU/ds = ħdω/ds). Hemos calculado la presión de radiación óptica generada por el método FDTD para determinar la frecuencia de resonancia cuando se varía el espaciado del resonador (Fig. 2 (a)). También hemos calculado el desplazamiento de la estructura del resonador cuando se le aplica la presión de la radiación óptica mediante el método de los elementos finitos. Además, se evaluó el rendimiento de la estructura como acoplador direccional antes y después del desplazamiento mediante el método FDTD, y al compararlo con los resultados antes mencionados, se demostró que era posible una conversión del camino óptico con una gran relación de extinción de más de 17,8 dB con una entrada de 190 mW de luz de control (Fig. 2 (b)).
Fig. 2 (a) Dependencia de la brecha frente a la tasa de acoplamiento opto-mecánico y la fuerza de radiación óptica.(b) Propagación de la luz del estado inicial (brecha = 194 nm, relación de extinción (ER) = 17,8 dB) (superior) y propagación de la luz tras la deformación (s = 93 nm, ER = 18,2 dB) (inferior).
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