在超高Q值谐振器中存储宽带光。

研究

在超高Q值谐振器中存储宽带光。

超越了频率和时间之间的傅里叶极限关系。

超高Q值的谐振器有望在各个领域找到应用,如生物成像和使用光的信号处理。由于谐振器的高光束性能,长时间被限制在一个地方的光可以与物质发生强烈的互动。

图1 (a) 傅里叶限制和啁啾脉冲。(b) 共振器频谱与输入频谱的关系。

然而,长时间禁锢光的能力导致无法在短时间内储存光,因此认为超短脉冲光不能储存在超高Q值的谐振器中。如果在频率轴上考虑,超短脉冲光的光谱宽度是宽带的,从傅里叶变换关系可以看出,而高Q值谐振器的谐振光谱宽度是窄的,通常它只能存储与谐振光谱宽度相同带宽的脉冲光。因此,如果想研究具有宽带频率成分的光和物质之间的相互作用,就不得不千方百计地使用一个低Q值的谐振器。我们的目标是通过成功结合克尔效应和啁啾技术来存储脉宽超过Q值极限的光:克尔效应将共振频率转移到低频一侧,因此,如果输入脉冲光的瞬时频率按照共振光谱的转移而改变,就有可能存储脉宽长于共振光谱宽度的光。克尔效应将谐振频率转移到低频一侧。我们已经证实,通过在高斯型超短脉冲光中加入一个最佳的预啁啾,宽带光可以储存在一个窄线宽的共振器中。

图2 (a) 不同啁啾量的输入-输出能量比。(b) 最佳条件下的输入-输出光谱。

我们使用耦合模式理论方程进行分析。使用的模型是一个耦合模式,Q值为3×10(光子寿命:2.46 ns)在一个SiN环形谐振器中,并试图存储最佳的啁啾超短脉冲。

在本工作中,我们对啁啾量进行了优化计算,以获得一个光子寿命为2.46 ns、半最大值全宽(FWHM)为0.37的谐振器。 研究表明,有可能储存脉冲时间为1.5ns的脉冲光。我们希望这将使具有通信速率和超宽带传感的全光逻辑电路在高Q值谐振器中得以实现,这在过去是不可能的。

本研究的部分内容由战略信息与通信研发促进计划(SCOPE)资助。