Stabilisation des oscillations thermo-optiques à l'aide de résonateurs micro-optiques hybrides.
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Stabilisation des oscillations thermo-optiques à l'aide de résonateurs micro-optiques hybrides.
Vers une oscillation stable des carcoms optiques ultra-économes en énergie.
Afin de réduire radicalement la consommation d'énergie des technologies de l'information et de la communication, de nombreuses recherches sont menées pour passer des circuits électroniques, où la majeure partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur, aux circuits optiques, qui sont extrêmement efficaces sur le plan énergétique. Les peignes de fréquence optiques basés sur des résonateurs micro-optiques gagnent en importance en tant que composant important des circuits optiques, car ils peuvent déterminer la référence temporelle d'un circuit optique avec une grande précision et sont beaucoup plus petits et moins chers que les peignes de fréquence optiques classiques utilisant des lasers à verrouillage de mode.
En particulier, les résonateurs micro-optiques en fluorure de calcium, dont le coefficient d'absorption optique est très faible, peuvent faire osciller des carcombes optiques avec beaucoup moins d'énergie que les résonateurs micro-optiques classiques en fluorure de magnésium ou en silice. Cependant, dans les résonateurs micro-optiques en fluorure de calcium, l'effet thermo-optique et l'expansion thermique, qui proviennent de la chaleur infime générée par l'absorption de la lumière par le matériau, agissent comme un effet qui rend effectivement le résonateur plus petit et plus grand respectivement, ce qui entraîne des oscillations thermo-optiques qui font fluctuer périodiquement la puissance optique dans le résonateur. Par conséquent, il est impossible d'obtenir une oscillation stable du peigne optique, ce qui a rendu difficile l'application pratique des micro-résonateurs optiques en fluorure de calcium en tant que source lumineuse de peigne optique.
Dans cette étude, un résonateur micro-optique hybride avec une structure dans laquelle du silicium à haute conductivité thermique est intégré à l'intérieur d'un résonateur micro-optique en fluorure de calcium est proposé. Dans le résonateur micro-optique hybride, le silicium agit comme un puits de chaleur, ce qui permet d'éliminer efficacement la chaleur, qui est la cause de l'instabilité.
Fig. 1 Photographie de l'assemblage de CaF2 Microcavité WGM.
La figure 1 montre le résonateur micro-optique en fluorure de calcium fabriqué. Des oscillations thermo-optiques ont été observées dans ce résonateur micro-optique, comme indiqué ci-dessous.
Fig. 2 : (a) Spectre de sortie mesuré d'un appareil CaF2 Microcavité WGM (D = La séparation des longueurs d'onde des modes longitudinaux générés est beaucoup plus grande que le domaine spectral libre de la cavité. Ce spectre est instable pendant la mesure.(b) Forme d'onde de sortie mesurée de la lumière de pompe (LPF) et de la lumière FWM (HPF).
La figure 2(a) montre le spectre avec le résonateur micro-optique de la figure 1. La Fig. 2(b) montre la forme d'onde temporelle correspondant à la Fig. 2(a). La puissance optique de la lumière de la pompe transmise à travers le filtre passe-bas (LPF), indiquée par la ligne bleue, peut être vue comme une oscillation thermo-optique fluctuante périodique. D'autre part, la puissance optique des carcombes de lumière transmis à travers le filtre passe-haut (HPF), représentée par la ligne rouge, peut être vue comme étant générée et éteinte de manière répétée sous l'influence des oscillations thermo-optiques.
Fig. 3. (a) Illustration schématique de la structure proposée.(b) Forme d'onde transmise calculée de la pompe à partir de la microcavité WGM présentée en (a), lorsque (b) Forme d'onde transmise calculée de la pompe à partir de la microcavité WGM présentée en (a), lorsque d = 0 µm.(c) identique à (b) mais avec d = 100 µm, (d) d = 200 µm, (e) d = 300 µm, et (f) d = 400 µm.
La figure 3(a) présente un schéma conceptuel du résonateur micro-optique hybride, tandis que les figures 3(b), (c), (d), (e) et (f) montrent les résultats de simulation des oscillations thermo-optiques lorsque le diamètre du fluorure de calcium est fixé à 500 μm et que le diamètre du silicium est respectivement de 0 μm (sans silicium), 100 μm, 200 μm, 300 μm et 400 μm. Les résultats de simulation des oscillations thermo-optiques sont présentés pour des diamètres de 0, 100, 200, 300 et 400 µm (sans silicium), respectivement. Lorsque le diamètre du silicium augmente, l'équilibre entre l'effet thermo-optique et l'effet de la dilatation thermique change, et il est confirmé que lorsque le diamètre du silicium est suffisamment grand, les oscillations thermo-optiques disparaissent car l'effet thermo-optique et l'effet de la dilatation thermique sont équilibrés et un état d'équilibre thermique est atteint.
Les résultats montrent que l'utilisation de résonateurs micro-optiques hybrides peut éliminer le problème des oscillations thermo-optiques, ce qui permet d'obtenir un oscillateur carcom optique ultra-énergétique basé sur le fluorure de calcium.
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