Immagazzinamento di luce a banda larga in risonatori ad altissimo valore Q.

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Immagazzinamento di luce a banda larga in risonatori ad altissimo valore Q.

Oltre la relazione limite di Fourier tra frequenza e tempo.

Si prevede che i risonatori ad altissimo valore Q troveranno applicazione in vari campi, come il bioimaging e l'elaborazione dei segnali con la luce. Grazie alle elevate prestazioni di confinamento della luce dei risonatori, la luce confinata in un punto per lungo tempo può interagire fortemente con la materia.

Fig. 1 (a) Impulsi limitati di Fourier e chirped. (b) Spettro del risonatore rispetto allo spettro di ingresso.

Tuttavia, la capacità di confinare la luce per un lungo periodo di tempo comporta l'impossibilità di immagazzinare la luce in tempi brevi; si ritiene quindi che la luce a impulsi ultracorti non possa essere immagazzinata in un risonatore ad altissimo valore Q. Se si considera l'asse delle frequenze, l'ampiezza spettrale della luce pulsata ultracorta è a banda larga, come si può vedere dalla relazione della trasformata di Fourier, mentre l'ampiezza spettrale di risonanza di un risonatore ad alto valore Q è stretta e normalmente può immagazzinare solo la luce pulsata nella stessa larghezza di banda dell'ampiezza spettrale di risonanza. Pertanto, se si vuole studiare l'interazione tra luce e materia con una componente di frequenza a banda larga, è necessario utilizzare un risonatore con un valore Q basso. Abbiamo cercato di immagazzinare luce con larghezze d'impulso superiori al limite del valore Q combinando con successo l'effetto Kerr e la tecnologia chirp: l'effetto Kerr sposta la frequenza di risonanza verso il lato a bassa frequenza, in modo che se la frequenza istantanea dell'impulso di luce in ingresso viene modificata in accordo con lo spostamento dello spettro di risonanza, è possibile immagazzinare luce con larghezze d'impulso superiori alla larghezza dello spettro di risonanza. L'effetto Kerr sposta la frequenza di risonanza verso il lato a bassa frequenza. Abbiamo confermato che la luce a banda larga può essere immagazzinata in un risonatore a larghezza di linea ridotta aggiungendo un pre-chirp ottimale alla luce pulsata ultrabreve di tipo gaussiano.

Fig. 2 (a) Rapporto energetico ingresso-uscita per diverse quantità di chirp. (b) Spettro ingresso-uscita in condizioni ottimali.

La nostra analisi si è basata sull'equazione della teoria dei modi accoppiati. Il modello utilizzato era un modo accoppiato con un valore Q di 3×10(durata di vita dei fotoni: 2,46 ns) in un risonatore ad anello in SiN e si è cercato di memorizzare impulsi ultracorti con chirping ottimale.

Nel presente studio, abbiamo calcolato in modo ottimale la quantità di chirp per ottenere un risonatore con un tempo di vita dei fotoni di 2,46 ns e un'ampiezza a metà massima (FWHM) di 0,37 È stato dimostrato che è possibile immagazzinare luce pulsata con una durata dell'impulso di 1,5 ns. Si spera che ciò consenta di realizzare nei risonatori ad alto valore di Q circuiti logici completamente ottici con velocità di comunicazione e rilevamento a banda ultralarga, che in passato non erano possibili.

Risultato.Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 54, No. 12, 122201 (2015).Le informazioni sono pubblicate in.
Parte di questa ricerca è stata finanziata dal Programma di promozione della R&S in materia di informazione e comunicazione strategica (SCOPE).