Stabilizzazione delle oscillazioni termo-ottiche mediante risonatori micro-ottici ibridi.
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Stabilizzazione delle oscillazioni termo-ottiche mediante risonatori micro-ottici ibridi.
Verso un'oscillazione stabile dei carcom ottici a risparmio energetico.
Per ridurre drasticamente il consumo energetico delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione, sono in corso numerose ricerche per passare dai circuiti elettronici, in cui la maggior parte dell'energia viene dispersa sotto forma di calore, ai circuiti ottici, che sono estremamente efficienti dal punto di vista energetico. I pettini ottici di auto basati su micro-risonatori ottici stanno diventando un componente importante dei circuiti ottici perché possono determinare il riferimento temporale di un circuito ottico con alta precisione e sono molto più piccoli ed economici dei pettini ottici di frequenza convenzionali che utilizzano laser mode-locked.
In particolare, i risonatori micro-ottici realizzati in fluoruro di calcio, che ha un coefficiente di assorbimento ottico molto piccolo, possono far oscillare le autocombustioni ottiche con un'energia molto inferiore rispetto ai risonatori micro-ottici convenzionali realizzati in fluoruro di magnesio o silice. Tuttavia, nei risonatori micro-ottici in fluoruro di calcio, l'effetto termo-ottico e l'espansione termica, che derivano dal minimo calore generato dall'assorbimento della luce da parte del materiale, agiscono come un effetto che rende il risonatore rispettivamente più piccolo e più grande, dando luogo a oscillazioni termo-ottiche che fanno fluttuare periodicamente la potenza ottica nel risonatore. Di conseguenza, non è possibile ottenere un'oscillazione stabile del pettine ottico, il che ha reso difficile l'applicazione pratica dei micro-risonatori ottici al fluoruro di calcio come sorgente di luce ottica a pettine.
In questo studio viene proposto un risonatore micro-ottico ibrido con una struttura in cui il silicio ad alta conducibilità termica è incorporato all'interno di un risonatore micro-ottico al fluoruro di calcio. Nel risonatore micro-ottico ibrido, il silicio funge da dissipatore di calore, consentendo un'efficiente eliminazione del calore, causa di instabilità.
Fig. 1 Fotografia della CaF2 Microcavità WGM.
La Fig. 1 mostra il risonatore micro-ottico in fluoruro di calcio fabbricato. In questo risonatore micro-ottico sono state osservate oscillazioni termo-ottiche, come mostrato di seguito.
Fig. 2. (a) Spettro di uscita misurato da un CaF2 Microcavità WGM (D = La separazione delle lunghezze d'onda dei modi longitudinali generati è molto più grande dell'intervallo spettrale libero della cavità. Questo spettro è instabile durante la misurazione. b) Forma d'onda in uscita misurata della luce di pompa (LPF) e della luce FWM (HPF).
La Fig. 2(a) mostra lo spettro con il risonatore micro-ottico della Fig. 1. La Fig. 2(b) mostra la forma d'onda temporale corrispondente alla Fig. 2(a). La potenza ottica della luce di pompa trasmessa attraverso il filtro passa-basso (LPF), indicata dalla linea blu, può essere vista come un'oscillazione termo-ottica periodica. D'altra parte, la potenza ottica della luce di carcassa trasmessa attraverso il filtro passa-alto (HPF), indicata dalla linea rossa, può essere vista come ripetutamente generata e spenta sotto l'influenza delle oscillazioni termo-ottiche.
Fig. 3. (a) Illustrazione schematica della struttura proposta.(b) Forma d'onda trasmessa calcolata della pompa dalla microcavità WGM mostrata in (a), quando (b) Forma d'onda trasmessa calcolata della pompa dalla microcavità WGM illustrata in (a), quando d = 0 µm.(c) come (b) ma con d = 100 µm, (d) d = 200 µm, (e) d = 300 µm, e (f) d = 400 µm.
La Fig. 3(a) mostra uno schema concettuale del risonatore micro-ottico ibrido, mentre le Fig. 3(b), (c), (d), (e) e (f) mostrano i risultati della simulazione delle oscillazioni termo-ottiche quando il diametro del fluoruro di calcio è fissato a 500 μm e il diametro del silicio è rispettivamente 0 μm (senza silicio), 100 μm, 200 μm, 300 μm e 400 μm. I risultati della simulazione delle oscillazioni termo-ottiche sono mostrati rispettivamente per diametri di 0, 100, 200, 300 e 400 µm (senza silicio). All'aumentare del diametro del silicio, cambia l'equilibrio tra l'effetto termo-ottico e l'effetto dell'espansione termica e si conferma che quando il diametro del silicio è sufficientemente grande, le oscillazioni termo-ottiche scompaiono poiché l'effetto termo-ottico e l'effetto dell'espansione termica sono bilanciati e si raggiunge uno stato di equilibrio termico.
I risultati mostrano che l'uso di micro-risonatori ottici ibridi può eliminare il problema delle oscillazioni termo-ottiche, dando vita a un oscillatore ottico carcom ultra-energetico basato sul fluoruro di calcio.
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