1769800149
2026-01-30 18:33:00
Ученые успешно изготовили высококачественные, бездефектные фотонно-кристаллические резонаторы из оптических нановолокон, что стало значительным достижением в области интегрированной фотоники. Томофуми Танака, Такахиро Судзуки и Оуэн Мао, все из факультета прикладной физики Университета Васэда, вместе с Радделлом и др., демонстрируют метод однократной фемтосекундной лазерной абляции, достигающий коэффициента качества, превышающего 107. Этот прорыв особенно примечателен, поскольку исследование показывает, что термооптические эффекты доминируют даже при опросе ультракороткими импульсами, открывая путь для потенциальных применений в высокоскоростных квантовых узлах для резонаторной КЭД и, что примечательно, маломощные оптоволоконные коммутаторы, важнейшие компоненты будущих квантовых сетей.
Исследовательская группа тщательно создала эти резонаторы, первоначально сужая стандартное одномодовое оптическое волокно до диаметра нановолокна 500 нм и длины перетяжки 13 мм, используя технику огневой щетки, оптимизируя форму для обеспечения механической стабильности и адиабатического перехода. Впоследствии фемтосекундный лазер с удвоенной частотой до 400 нм был использован для абляции периодической серии кратеров на нановолокне, образуя фотонно-кристаллическую брэгговскую решетку, что стало решающим шагом в определении свойств резонатора. Такой точный контроль над структурой резонатора сводит к минимуму неоднородности показателя преломления, тем самым уменьшая оптические потери и улучшая характеристики.
Это доминирование термооптических эффектов особенно важно, что предполагает потенциал для эффективной тепловой настройки и возможностей переключения в этих устройствах. Это достигается за счет сильного ограничения света, как в пространстве, так и во времени, что обеспечивает высокую внутрирезонаторную интенсивность при умеренной входной мощности, что обеспечивает сильные взаимодействия света и материи. Пример спектра пропускания изготовленного резонатора PhC из нановолокна показывает полосу отражения, охватывающую несколько нанометров и содержащую узкие резонансы полости, что подтверждает функциональность резонатора. Исследователи использовали 5-осевой микрометрический столик для точного позиционирования нановолокон во время изготовления, обеспечивая оптимальное выравнивание с фазовой маской с периодом 372,5 нм, предназначенной для создания решеток Брэгга из нановолокон с длиной волны около 852 нм.
Фазовая маска дифрагирует свет на порядок ±1, образуя интерференционную картину, которая удаляет нановолокно, создавая периодическую структуру кратера. Тщательно контролируя параметры и выравнивание лазера, команда успешно изготовила бездефектные резонаторы с исключительными эксплуатационными характеристиками, открыв путь для передовых фотонных устройств и квантовых технологий. Использование пары цилиндрических линз и цилиндрической линзы максимизировало интенсивность света вдоль области нановолокна, что еще больше улучшило процесс изготовления.
Фемтосекундное лазерное изготовление резонаторов с высокой добротностью открывает новые возможности
Исследователи решили эту проблему, оценив длину резонатора порядка нескольких мм на основе параметров изготовления и физической структуры, а затем оценили объем моды резонатора примерно в 103 мкм3. Исследование стало первым методом определения площади поперечного сечения моды во время изготовления нановолокон, что обеспечивает важнейший параметр для определения характеристик резонатора. Кроме того, команда определила, что частота среза термооптического отклика равна 24 кГц, что демонстрирует быструю тепловую динамику резонаторов и их пригодность для приложений с быстрым оптическим переключением. Эта работа представляет собой значительный прогресс в фотонике на основе нановолокон, предлагая надежную платформу для исследования квантовых явлений и разработки новых оптических устройств, потенциально интегрируемых в распределенные сети квантовых вычислений.
Термооптическое доминирование в резонаторах из высокодобротных нановолокон
Команда измерила внутреннюю добротность Qi = 2,9 × 10^7, продемонстрировав исключительные характеристики резонатора. Это открытие бросает вызов традиционному пониманию нелинейного оптического поведения в этих структурах. Результаты демонстрируют четкую нелинейную характеристику выходной мощности резонатора (Pout) для длительности входного импульса от 147 нс до 2 с. В ходе исследования наблюдалось раздвоение петли гистерезиса, что указывает на бистабильное поведение, а при больших значениях Pin появилась новая ветвь по часовой стрелке, как показано в подробном анализе временной эволюции входной и выходной мощности. Измерения подтверждают большее, чем ожидалось, увеличение Pout в течение первой половины импульса, называемое «перерегулированием», которое было более выраженным при большей длительности импульса, что убедительно указывает на термооптическое происхождение.
Этот выброс сохранялся даже при длительности импульса 147 нс, самой короткой из достижимых в этой установке, что закрепляло доминирование термооптических эффектов. Далее команда исследовала нелинейные свойства с помощью перекрестно-фазовой модуляции (XPM), используя длину волны накачки 946 нм и зонд, настроенный на целевой резонанс на длине волны 852,35 нм. Измерение ширины линии целевого резонанса выявило полную ширину на половине максимума (FWHM) 16,6 МГц. Модулируя интенсивность лазера накачки, ученые наблюдали соответствующую фазовую модуляцию зондирующего света, что позволяет проводить частотно-зависимый анализ нелинейных эффектов. На низких частотах изменение показателя преломления представляло собой комбинацию теплового эффекта и эффекта Керра, но по мере увеличения частоты модуляции тепловой вклад уменьшался. Данные показывают, что наблюдаемые бистабильные кривые не сливались после разветвления, в отличие от теоретических моделей, основанных исключительно на эффекте Керра. Эти резонаторы с их высокой добротностью и малым модовым объемом представляют собой значительный прогресс в интегрированной фотонике.
Резонаторы из высокодобротных нановолокон, в которых преобладает термооптика, предлагают многообещающие возможности.
#Высокодобротные #резонаторы #достигают #добротности #благодаря #изготовлению #оптического #нановолокна
Ещё по этой теме
