Conversione adiabatica di frequenza mediante l'effetto ottico KERR.
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Conversione adiabatica di frequenza mediante l'effetto ottico KERR.
Dimostrazione di metodi di conversione di frequenza a bassa perdita e controllabili.
Quando si pizzica una corda di chitarra con le dita, la chitarra emette per un po' una nota di una certa altezza. Cosa succede se si cambia rapidamente la tensione della corda mentre la nota sta ancora suonando? Come potete immaginare, l'altezza della nota emessa dalla chitarra cambierà al variare della tensione. Dal punto di vista fisico, ciò si spiega con il fatto che la frequenza naturale della corda cambia al variare della tensione.
In effetti, un fenomeno simile può verificarsi anche nei risonatori micro-ottici. Se la frequenza di risonanza di un risonatore micro-ottico contenente luce viene spostata rapidamente, anche la frequenza della luce stessa nel risonatore cambia in base allo spostamento della frequenza di risonanza. Questo fenomeno è noto come conversione adiabatica di frequenza. Finora, la conversione adiabatica della lunghezza d'onda è stata ottenuta principalmente spostando la frequenza di risonanza dei risonatori, come i risonatori a cristallo fotonico, per effetto di portatori. Tuttavia, l'uso di portatori ha il problema che il controllo temporale è difficile a causa del tempo di diffusione finito dei portatori e che la perdita del risonatore aumenta all'aumentare della densità dei portatori. In questo studio, è stata ottenuta una conversione di frequenza adiabatica a bassa perdita e altamente controllabile controllando la frequenza di risonanza di un risonatore di vetro chiamato micro-risonatore ottico di silice utilizzando l'effetto ottico Kerr, un metodo di risposta istantanea e senza perdite.
Fig. 1 Schema concettuale della conversione di frequenza adiabatica. Con i vettori, la frequenza ottica rimane convertita dopo l'operazione di controllo, ma con l'effetto ottico Kerr la frequenza può essere ripristinata.
La Fig. 2 mostra i risultati sperimentali. Se non viene applicato alcun controllo alla frequenza di risonanza, l'uscita ottica dovrebbe decadere in modo regolare (linea continua grigia). Tuttavia, se la frequenza di risonanza viene controllata (area rossa del diagramma), le oscillazioni appaiono in uscita solo durante questo periodo (linea continua blu). Si tratta di un battimento causato dall'effetto di interferenza tra la luce originale e la luce nel risonatore la cui frequenza è stata spostata, e la frequenza di battimento corrisponde alla quantità di conversione di frequenza. In (a), la conversione di frequenza aumenta all'aumentare della potenza ottica utilizzata per controllare la frequenza di risonanza, raggiungendo un massimo di 140 MHz. In (b), la risposta rapida dell'effetto ottico Kerr viene sfruttata per ottenere due conversioni. L'osservazione di conversioni di frequenza adiabatiche multiple non ha precedenti.
Fig. 2 Risultati sperimentali della conversione adiabatica di frequenza. (a) Dipendenza dalla potenza. (b) Operazioni multiple. Il pannello inferiore mostra la variazione temporale della conversione di frequenza stimata dalla teoria.
La risposta rapida dell'effetto ottico Kerr consente anche di studiare l'influenza della differenza di fase tra la luce originale e quella convertita sulla forma d'onda in uscita, come mostrato nella Fig. 3(b). Questo risultato è in buon accordo con la teoria. Questo risultato è in buon accordo con la teoria.
Fig. 3 Analisi dell'influenza della differenza di fase su. (a) Dipendenza dalla potenza della differenza di fase. (b) Confronto con i risultati sperimentali. Quando la differenza di fase è vicina al valore originale (π) (in basso), la forma d'onda dopo l'operazione di conversione corrisponde alla forma d'onda originale. Se invece la differenza di fase è molto lontana dal valore originale (in alto), la forma d'onda non torna alla forma d'onda originale.
Il punto di forza della conversione adiabatica di frequenza è che le frequenze possono essere convertite senza problemi con un'efficienza di 100% in linea di principio. Grazie alla natura a bassa perdita di questa ricerca, si prevede che troverà applicazione in campi quali l'elaborazione quantistica delle informazioni. Questa ricerca ha anche approfondito la nostra comprensione della conversione adiabatica della frequenza.
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