Le commutateur tout-optique de plus faible puissance au monde utilisant l'effet Kerr optique.
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Le commutateur tout-optique de plus faible puissance au monde utilisant l'effet Kerr optique.
Dans quelle mesure peut-on réduire la puissance nécessaire à la commutation ?
De nombreux commutateurs tout-optiques ont été réalisés à ce jour. Les commutateurs tout-optiques basés sur des résonateurs micro-optiques fabriqués par des semi-conducteurs sont supérieurs en termes d'intégration et de consommation d'énergie, mais ils souffrent de pertes dues à la génération de porteurs pour le fonctionnement du commutateur. Cette perte peut poser un problème lorsque les commutateurs sont utilisés dans des applications sensibles aux pertes, comme la communication d'informations quantiques, ou lorsque les commutateurs sont montés en cascade. L'effet Kerr optique, qui n'implique pas la génération de porteurs, peut être utilisé dans les commutateurs pour résoudre ce problème, mais la puissance optique élevée requise pour générer l'effet Kerr optique a posé problème. Dans cette étude, la puissance requise pour générer l'effet Kerr optique a été considérablement réduite en utilisant un résonateur silicatroïde, et le commutateur a été piloté avec succès avec la puissance la plus faible au monde en tant que commutateur optique utilisant l'effet Kerr optique.
Les résonateurs silicatroïdes ont une valeur Q extrêmement élevée et un petit volume de mode, on peut donc s'attendre à ce que l'effet Kerr optique se produise à une faible puissance d'entrée (Fig. 1). Cependant, en plus de l'effet Kerr optique, il existe également un effet thermo-optique dans ces résonateurs, qui est causé par la chaleur générée par l'absorption de la lumière. Normalement, seul l'effet Kerr optique ne peut être utilisé de manière sélective car l'effet thermo-optique est plus important que l'effet Kerr optique, mais dans cette recherche, l'effet Kerr optique a une vitesse de réponse beaucoup plus rapide et nous avons cherché à réaliser un interrupteur Kerr optique en entrant une impulsion optique avec une largeur de temps si courte que la chaleur ne peut pas répondre. L'effet Kerr optique a une vitesse de réponse beaucoup plus rapide que la réponse thermique.
Fig. 1 Image au microscope électronique à balayage d'une microcavité torique en silice.
La figure 2 montre les résultats expérimentaux. La ligne bleue pleine indique la sortie du signal lumineux et la zone grise indique l'entrée de la lumière de contrôle. Si un commutateur optique avait été mis en œuvre, la sortie du signal lumineux n'aurait été allumée que lorsque la lumière de contrôle était entrée, et c'est exactement ce comportement que l'on peut observer sur la figure 2. Le temps de réponse du commutateur a été mesuré à 6 ns, ce qui est trop court pour une réponse thermique, on peut donc conclure que ce résultat a été obtenu par l'effet Kerr optique. Le résonateur utilisé à la figure 2 nécessitait une puissance minimale de 830 µW pour le commutateur, comme le montre la gauche de la figure 3, mais en utilisant un résonateur avec une valeur de Q plus élevée, la puissance a pu être réduite à 36 µW (figure 3, droite). Il s'agit de la plus faible puissance de tous les commutateurs optiques pour voitures signalés jusqu'à présent.
La ligne bleue pleine représente la sortie du signal et la zone grise indique que la lumière de contrôle est entrée. La sortie du signal est normalisée par la sortie hors résonance. La ligne pointillée rouge représente le signal de sortie calculé par la simulation.
Fig. 3 Puissance de commande minimale requise pour la commutation Kerr lorsqu'une cavité avec un Q de 5×106 (à gauche) et 4×107 (à droite) est utilisée.
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