Исследователи из Университета Астона разработали новый класс оптических микрорезонаторов — миниатюрных оптических устройств, которые сильно ограничивают и усиливают свет на микроскопических размерах. Они являются важными компонентами в широком спектре систем, включая сверхточные оптические датчики и информационные процессоры.
Уникальные оптические микрорезонаторы можно внедрить на пересечении двух оптических волокон. Эти устройства имеют потенциальное применение в связи, вычислениях, сенсорах и многом другом.
Новые оптические микрорезонаторы со сверхмалыми потерями можно точно настраивать, просто вращая два пересекающихся оптических волокна. В отличие от современных монолитных микрорезонаторов, эти устройства имеют широко перестраиваемый свободный спектральный диапазон (FSR) и позволяют осуществлять их точный контроль.
Исследования проводились под руководством профессора Миши Сумецкого из Института фотонных технологий Астона. Статья команды «Widely FSR tunable high Q-factor microresonators formed at the intersection of straight optical fibers» была опубликована в журнале Optica.
Профессор Сумецкий сказал: «Эта геометрия открывает двери для миниатюрных перестраиваемых фотонных систем, которые ранее было трудно или невозможно реализовать. Это особенно перспективно для таких приложений, как генераторы частотных гребёнок с низкой частотой повторения, перестраиваемые линии задержки и нелокальные оптофлюидные датчики».
Инициатором работы стало экспериментальное открытие микрорезонатора на пересечении оптических волокон доктором Ишей Шармой, за которым последовало детальное исследование их оптических свойств и возможности настройки.
«Маленькое вращение волокна всего на долю градуса приводит к перемещению волокна на микронные расстояния, что позволяет изменять геометрию резонатора на миллиметровых масштабах и настраивать его спектральные характеристики и характеристики FSR на пикометровом уровне. Полученные резонаторы сохраняют высокие факторы добротности (∼2×10⁶), с потенциалом достижения ∼10⁸ в более чистых средах», — отметил профессор Сумецкий.
Исследовательская группа экспериментально продемонстрировала новые микрорезонаторы и подтвердила свои выводы с помощью теоретического моделирования на основе платформы поверхностной наномасштабной аксиальной фотоники (SNAP).
Одним из примечательных открытий стала роль сил Ван-дер-Ваальса (сил, притягивающих нейтральные молекулы друг к другу) в поддержании прямого контакта волокон, что способствует формированию резонатора на субмиллиметровых участках.
Профессор Сумецкий добавил: «Предложенная система идеально подходит для интеграции в микроэлектромеханические системы (MEMS), требуя лишь минимальной силы воздействия для достижения перестройки FSR микрорезонатора. Благодаря обеспечению точного спектрального контроля в устройствах чипового масштаба, это нововведение имеет потенциал в области фотоники, сенсорики и квантовых информационных технологий».
Предоставлено Университетом Астона.