使用混合微光諧振器穩定熱光振盪。
研究
使用混合微光諧振器穩定熱光振盪。
邁向穩定振盪的超節能光學汽車通訊。
為了大幅降低資訊與通訊技術的能源消耗,許多研究正從大部分能量以熱能形式流失的電子電路,轉移至能源效率極高的光電路。基於微光諧振器的光車脈掃描器正逐漸成為光電路的重要組成部分,因為它們可以高精度地確定光電路的時間參考,而且比使用鎖模雷射的傳統光頻掃描器體積更小,成本更低。
特別是由氟化鈣製成的微光諧振器,其光吸收係數非常小,可以用遠小於氟化鎂或矽石製成的傳統微光諧振器的能量來振盪光卡梳。然而,在氟化鈣微光諧振器中,源於材料吸收光所產生的微小熱量的熱光效應和熱膨脹效應,分別有效地使諧振器變小和變大,導致熱光振盪,使諧振器中的光功率週期性地波動。因此,無法實現光車梳的穩定振盪,這使得氟化鈣微光諧振器作為光車梳光源的實際應用變得困難。
本研究提出了一種混合微光諧振器,其結構是在氟化鈣微光諧振器內嵌入具有高導熱性的矽。在此混合微光諧振器中,矽可作為散熱器,有效地消除造成不穩定的熱量。

圖 1 製造的 CaF 的照片2 WGM 微腔。.
圖 1 顯示製成的氟化鈣微光諧振器。如下圖所示,在此微光諧振器中觀察到了熱光振盪。

圖 2. (a) CaF 測得的輸出光譜。2 WGM 微腔 (D = 所產生的縱向模式的波長分隔遠大於腔體的自由光譜範圍。(b) 測量到的泵浦光 (LPF) 和 FWM 光 (HPF) 的輸出波形。.
圖 2(a) 顯示使用圖 1 的微光諧振器的頻譜。圖 2(b) 顯示與圖 2(a) 相對應的時間波形。透過低通濾波器 (LPF) 傳輸的泵浦光的光功率,以藍線表示,可以看成是週期性波動的熱光振盪。另一方面,經由高通濾波器 (HPF) 傳輸的光卡束的光功率(以紅線表示),可以看出是在熱光振盪的影響下重複產生與熄滅的。

圖 3. (a) 建議結構的示意圖。(b) (a) 所示 WGM 微腔在下列情況下的泵浦傳輸波形計算結果 d = 0 µm。(c) 與(b)相同,但有 d = 100 µm,(d) d = 200 µm,(e) d = 300 µm,以及 (f) d = 400 µm。.
圖 3(a)為混合微光諧振器的概念圖,圖 3(b)、(c)、(d)、(e)及(f)分別為氟化鈣直徑固定為 500 μm、矽直徑為 0 μm(不含矽)、100 μm、200 μm、300 μm 及 400 μm 時的熱光振盪模擬結果。分別顯示直徑為 0、100、200、300 及 400 μm(不含矽)時的熱光振盪模擬結果。隨著矽直徑的增加,熱光學效應與熱膨脹效應的平衡發生變化,證實當矽直徑足夠大時,由於熱光學效應與熱膨脹效應達到平衡,並達到熱平衡狀態,因此熱光學振盪消失。
研究結果顯示,使用混合微光諧振器可以消除熱光振盪的問題,從而得到基於氟化鈣的超高能效光卡康振盪器。
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