Stabilisasi osilasi termo-optik menggunakan resonator mikro-optik hibrida.

Penelitian

Stabilisasi osilasi termo-optik menggunakan resonator mikro-optik hibrida.

Menuju osilasi stabil dari carcom optik ultra hemat energi.

Sebagai cara untuk mengurangi konsumsi energi teknologi informasi dan komunikasi secara drastis, banyak penelitian dilakukan untuk beralih dari sirkuit elektronik, di mana sebagian besar energi hilang sebagai panas, ke sirkuit optik, yang sangat hemat energi. Sisir mobil optik berdasarkan resonator mikro-optik semakin terkenal sebagai komponen penting dari sirkuit optik karena dapat menentukan referensi waktu dari sirkuit optik dengan presisi tinggi dan jauh lebih kecil serta lebih murah daripada sisir frekuensi optik konvensional yang menggunakan laser yang dikunci modenya.

Khususnya, resonator mikro-optik yang terbuat dari kalsium fluorida, yang memiliki koefisien penyerapan optik yang sangat kecil, dapat menggetarkan gerbong optik dengan energi yang jauh lebih sedikit daripada resonator mikro-optik konvensional yang terbuat dari magnesium fluorida atau silika. Namun demikian, pada resonator mikro-optik kalsium fluorida, efek termo-optik dan pemuaian termal, yang berasal dari panas kecil yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya oleh bahan, bertindak sebagai efek yang secara efektif membuat resonator menjadi lebih kecil dan lebih besar secara berurutan, sehingga menghasilkan osilasi termo-optik yang menyebabkan daya optik dalam resonator berfluktuasi secara berkala. Akibatnya, osilasi stabil sisir mobil optik tidak dapat dicapai, yang menyulitkan penerapan praktis resonator optik mikro kalsium fluorida sebagai sumber cahaya sisir mobil optik.

Dalam penelitian ini, diusulkan resonator mikro-optik hibrida dengan struktur di mana silikon dengan konduktivitas termal yang tinggi ditanamkan di dalam resonator mikro-optik kalsium fluorida. Dalam resonator mikro-optik hibrida, silikon bertindak sebagai pendingin, sehingga memungkinkan penghilangan panas secara efisien, yang merupakan penyebab ketidakstabilan.

Gbr. 1 Foto dari CaF yang dibuat2 Rongga mikro WGM.

Gbr. 1 menunjukkan resonator mikro-optik kalsium fluorida yang dibuat. Osilasi termo-optik diamati pada resonator mikro-optik ini, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Gbr. 2. (a) Spektrum keluaran terukur dari CaF2 Rongga mikro WGM (D = Pemisahan panjang gelombang dari mode longitudinal yang dihasilkan jauh lebih besar daripada rentang spektrum bebas rongga. Spektrum ini tidak stabil selama pengukuran. (b) Bentuk gelombang output yang diukur dari cahaya pompa (LPF) dan cahaya FWM (HPF).

Gbr. 2(a) menunjukkan spektrum dengan resonator mikro-optik Gbr. 1. Gbr. 2(b) menunjukkan bentuk gelombang waktu yang sesuai dengan Gbr. 2(a). Daya optik cahaya pompa yang ditransmisikan melalui low-pass filter (LPF), ditunjukkan oleh garis biru, dapat dilihat sebagai osilasi termo-optik yang berfluktuasi secara berkala. Sebaliknya, daya optik dari karcis cahaya yang ditransmisikan melalui high-pass filter (HPF), ditunjukkan oleh garis merah, dapat dilihat secara berulang-ulang dibangkitkan dan dipadamkan di bawah pengaruh osilasi termo-optik.

Gbr. 3. (a) Ilustrasi skematik dari struktur yang diusulkan. (b) Bentuk gelombang yang ditransmisikan pompa yang dihitung dari rongga mikro WGM yang ditunjukkan pada (a), ketika (b) Bentuk gelombang yang ditransmisikan dari pompa yang dihitung dari rongga mikro WGM yang ditunjukkan pada (a), ketika d = (c) sama seperti (b) tetapi dengan d = 100 µm, (d) d = 200 µm, (e) d = 300 µm, dan (f) d = 400 µm.

Gambar 3(a) menunjukkan diagram konseptual resonator mikro-optik hibrida, sedangkan Gambar 3(b), (c), (d), (e) dan (f) menunjukkan hasil simulasi osilasi termo-optik ketika diameter kalsium fluorida ditetapkan pada 500 μm dan diameter silikon masing-masing 0 μm (tanpa silikon), 100 μm, 200 μm, 300 μm, dan 400 μm. Hasil simulasi osilasi termo-optik ditunjukkan untuk diameter 0, 100, 200, 300 dan 400 µm (tanpa silikon). Seiring dengan bertambahnya diameter silikon, keseimbangan antara efek termo-optik dan efek pemuaian termal berubah, dan ditegaskan bahwa apabila diameter silikon cukup besar, osilasi termo-optik menghilang, karena efek termo-optik dan efek pemuaian termal seimbang, serta tercapai kondisi keseimbangan termal.

 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan resonator mikro-optik hibrida dapat menghilangkan masalah osilasi termo-optik, sehingga menghasilkan osilator carcom optik yang sangat hemat energi berdasarkan kalsium fluorida.

Sebagian dari penelitian ini didukung oleh Dana Penelitian Sains dan Teknologi (15H05429).
Pencapaian ini dimungkinkan oleh AIP Advances, Vol. 6, No. 5, 055116 (2016).Informasi ini dipublikasikan di.