Helt optisk switchdemo. Kredit:Tammerfors universitet
En grupp fotonikforskare vid Tammerfors universitet har introducerat en ny metod för att styra en ljusstråle med en annan stråle genom en unik plasmonisk metayta i ett linjärt medium med ultralåg effekt. Denna enkla linjära växlingsmetod gör nanofotoniska enheter som optiska datorer och kommunikationssystem mer hållbara och kräver låg ljusintensitet.
Helt optisk omkoppling är moduleringen av signalljus på grund av styrljus på ett sådant sätt att det har på/av-konverteringsfunktionen. I allmänhet kan en ljusstråle moduleras med en annan intensiv laserstråle i närvaro av ett olinjärt medium.
Switchmetoden som utvecklats av forskarna är i grunden baserad på det kvantoptiska fenomenet känt som Enhancement of Index of Refraction (EIR).
"Vårt arbete är den första experimentella demonstrationen av denna effekt på det optiska systemet och dess användning för linjär helt optisk omkoppling. Forskningen upplyser också forskarvärlden för att uppnå förlustkompenserade plasmoniska enheter som arbetar vid resonansfrekvenser genom extraordinär förbättring av brytningsindex utan med hjälp av alla förstärkningsmedia eller icke-linjära processer", säger Humeyra Caglayan, docent (tenure track) i fotonik vid Tammerfors universitet.
Optisk omkoppling aktiverad med ultrasnabb hastighet
Höghastighetsomkoppling och lågförlustmedium för att undvika den starka signalförlusten under fortplantningen är grunden för att utveckla integrerad fotonisk teknologi där fotoner används som informationsbärare istället för elektroner. För att realisera on-chip ultrasnabba helt optiska switchnätverk och fotoniska centralprocessorer måste helt optisk switchning ha ultrasnabb switchtid, ultralågt tröskelvärde för kontrolleffekt, ultrahög switchningseffektivitet och nanoskala funktionsstorlek.
"Att växla mellan signalvärdena 0 och 1 är grundläggande i alla digitala elektroniska enheter inklusive datorer och kommunikationssystem. Under de senaste decennierna har dessa elektroniska element gradvis blivit mindre och snabbare. Till exempel de vanliga beräkningarna som görs med våra datorer på beställning sekunder kunde inte göras med gamla datorer i rumsstorlek, inte ens på flera dagar", säger Caglayan.
I konventionell elektronik bygger omkoppling på att styra flödet av elektroner på tidsskalan av en mikrosekund (10 -6 sek) eller nanosekund (10 -9 sek) räckvidd genom att ansluta eller koppla bort elektrisk spänning.
"Däremot kan växlingshastigheten höjas till en ultrasnabb tidsskala (femtosekund 10 -15 sek) genom att ersätta elektronerna med plasmoner. Plasmoner är en kombination av fotoner och en samling elektroner på ytan av metaller. Detta möjliggör optisk växling med vår enhet med femtosekund (10 -15 sek) hastigheter", säger hon.
"Vår plasmoniska nano-switch består av en L-formad kombination av metalliska nanorods. En av nanoroderna tar emot en linjärt polariserad signal och den andra tar emot en annan linjärt polariserad "kontroll"-stråle vinkelrätt mot den första strålen", säger forskarassistent Rakesh Dhama. , den första författaren till artikeln publicerad i Nature Communications .
Polarisation betyder den riktning i vilken strålens elektriska fält oscillerar. Styrstrålen kan dämpa eller förstärka signalen beroende på fasskillnaden mellan strålarna. Fasskillnaden avser tidsskillnaden när varje stråle når sin maximala intensitet. Signalförstärkningen sker på grund av överföringen av viss optisk energi från kontrollstrålen till signalen genom en konstruktiv överlagring med en noggrant konstruerad fasskillnad.
Förbättra prestandan för plasmoniska enheter
På liknande sätt uppnås dämpningen av signalen genom destruktiv överlagring när strålarna har motsatt fasskillnad. Detta fynd gör nanofotoniska enheter som optiska datorer och kommunikationssystem mer hållbara och kräver låg ljusintensitet. Denna enkla linjära omkopplingsmetod kan ersätta de nuvarande metoderna för optisk bearbetning, beräkning eller kommunikation genom att påskynda utvecklingen och realiseringen av plasmoniska system i nanoskala.
"Vi förväntar oss att se ytterligare studier av plasmoniska strukturer som använder vår förbättrade växlingsmetod och möjligen användningen av vår metod i plasmoniska kretsar i framtiden. Dessutom skulle den L-formade metaytan kunna studeras ytterligare för att avslöja ultrahöghastighetsomkoppling under belysning av femtosekundlaserpulser och för att undersöka den icke-linjära förbättringen och kontrollen av plasmoniska nanopartiklar," noterar Humeyra Caglayan.
Att kontrollera det olinjära svaret hos nanostrukturer ger ännu mer intressanta applikationer och funktioner för nanofotoniska enheter som optiska datorer och kommunikationssystem.
"Det här tillvägagångssättet har också potential att förbättra prestandan hos plasmoniska enheter genom att skapa bredbandstransparens för en signalstråle utan något förstärkningsmedium. Det kan öppna upp flera sätt att designa smarta fotoniska element för integrerad fotonik", säger Cagalayan. + Utforska vidare
