Proposition d'applications de conversion de chemin optique utilisant des résonateurs optiques de type ZIPPER en silice.
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Proposition d'applications de conversion de chemin optique utilisant des résonateurs optiques de type ZIPPER en silice.
Vers un nouveau commutateur tout-optique fonctionnant sous pression de rayonnement optique.
La lumière ayant une impulsion, elle génère une pression lorsqu'elle frappe un matériau. Cette pression est appelée pression de rayonnement optique, mais elle a rarement été utilisée dans la recherche sur les dispositifs car il s'agit d'une force extrêmement faible. Cependant, les récents développements de la technologie des micro-résonateurs optiques ont conduit au développement du domaine de recherche de l'optomécanique, dans lequel la pression du rayonnement optique est efficacement augmentée pour contrôler la structure du résonateur. Nous avons étudié théoriquement un nouveau commutateur tout-optique basé sur la pression de radiation optique en utilisant un résonateur optique de type fermeture éclair en silice.
Le résonateur optique à fermeture éclair en silice se compose de deux résonateurs optiques à nanofaisceau situés à proximité l'un de l'autre, comme le montre la figure 1 (a). Le résonateur à fermeture éclair confine et renforce la lumière dans sa partie centrale, ce qui génère une forte pression de rayonnement optique entre les deux structures de pontage. Lorsque cette pression de rayonnement optique est suffisamment forte, la structure du résonateur est déplacée et l'espacement entre les deux résonateurs à nanofaisceau change. Nous avons envisagé d'utiliser ce comportement dans un coupleur directionnel contrôlable dynamiquement. Un coupleur directionnel est un dispositif utilisé pour combiner et diviser la lumière avec deux guides d'ondes optiques proches l'un de l'autre. Il peut être utilisé pour modifier le trajet de la lumière en changeant de manière appropriée l'espacement entre les guides d'ondes (Fig. 1 (b)). En remplaçant ce guide d'ondes par un résonateur à glissière, on peut réaliser un commutateur de changement de chemin optique qui fonctionne en modifiant l'espacement du guide d'ondes avec la pression du rayonnement optique. Cet interrupteur entièrement optique commandé par la pression d'un rayonnement optique est la première étude de ce type au monde et nous l'avons baptisé interrupteur MOMS (Micro Opto-Mechanical system).
Fig. 1 (a) Schéma de la cavité à fermeture éclair.(b) Schéma de la propagation de la lumière dans un guide d'ondes à coupleur directionnel.
La silice a été choisie comme matériau de résonateur pour l'analyse numérique de la conception et des performances du commutateur MOMS. La silice est considérée comme adaptée aux applications nécessitant de grands déplacements structurels en raison de sa faible rigidité par rapport aux autres matériaux optiques. La lumière de contrôle a été choisie dans la bande de la lumière visible et la lumière de signalisation dans la bande de la lumière de communication, en profitant de la large bande de longueur d'onde disponible. De cette façon, la lumière du signal peut se propager sans être affectée par la localisation du mode due au miroir de Bragg.
Comme la fréquence de résonance change adiabatiquement lorsque la structure du résonateur est déplacée par la pression de rayonnement optique, la pression de rayonnement optique peut être calculée à partir de la dépendance de l'énergie interne du résonateur U (fréquence de résonance ω) par rapport à la distance de déplacement s (dU/ds = ħdω/ds). Nous avons calculé la pression de rayonnement optique générée par la méthode FDTD pour déterminer la fréquence de résonance lorsque l'espacement du résonateur varie (Fig. 2 (a)). Nous avons également calculé le déplacement de la structure du résonateur lorsque la pression du rayonnement optique lui est appliquée en utilisant la méthode des éléments finis. En outre, les performances de la structure en tant que coupleur directionnel avant et après déplacement ont été évaluées à l'aide de la méthode FDTD, et en les comparant aux résultats susmentionnés, il a été montré qu'une conversion du chemin optique avec un rapport d'extinction important de plus de 17,8 dB était possible avec une entrée de 190 mW de lumière de contrôle (Fig. 2 (b)).
Fig. 2 (a) Dépendance du gap en fonction du taux de couplage opto-mécanique et de la force de radiation optique.(b) Propagation de la lumière de l'état initial (gap = 194 nm, rapport d'extinction (ER) = 17,8 dB) (en haut) et propagation de la lumière après déformation (s = 93 nm, ER = 18,2 dB) (en bas).
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