سوئیچ‌زنی فرکانسی تمام نوری سالیتون‌های کاواک بر پایة مدولاسیون موضعی

رحمانی انباردان, شایسته; اسلامی, منصور; خردمند, رضا

doi:10.22055/jrmbs.2023.18295

سوئیچ‌زنی فرکانسی تمام نوری سالیتون‌های کاواک بر پایة مدولاسیون موضعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فوتونیک، پژوهشکده فیزیک کاربردی و ستاره‌شناسی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

² گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

10.22055/jrmbs.2023.18295

چکیده

مدولاسیون سینوسی موضعی سالیتون‌های کاواک در یک لیزر نشرکننده از سطح کاواک بالای حد آستانة لیزرزایی به‌طور عددی مورد مطالعه قرار گرفته و همزمانی آنها در یک رژیم برهم‌کنشی یک طرفه بحث شده است. در ادامه، سوئیچ فرکانسی تمام نوری مبتنی بر این رژیم همزمانی سالیتون‌های کاواک معرفی شده است و عملکرد آن بر اساس دو شاخص مهم 1) آستانة نیروی خارجی و 2) زمان پاسخ سوئیچ‌زنی از نظر کمی بررسی گردیده است. مطالعات ما نشان می‌دهد که استفاده از سالیتون‌های کاواک به‌عنوان سوئیچ‌های فرکانسی تمام نوری که سرعتی متناسب با نیاز ارتباطات نوری دارند امکان پذیر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

اپتیک-لیزر

عنوان مقاله [English]

All Optical frequency switching of cavity solitons based on localized modulation

نویسندگان [English]

Shayesteh Rahmani anbardan ¹
mansour eslami ²
Reza Kheradmand ¹

¹ Photonics Group, Research Institute for Applied Physics and Astronomy (RIAPA), University of Tabriz, Tabriz, Iran

² Department of Physics, University of Guilan, P.O. Box 41335-1914 Rasht, Iran

چکیده [English]

Local sinusoidal modulation of cavity solitons in an injected Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser¹ above the laser threshold is numerically investigated and their synchronization in a unidirectional interaction regime is discussed. An all-optical frequency switch based on the synchronization of cavity solitons in this regime is proposed and its performance is quantified by two important parameters: 1) external force threshold and 2) response time of the switching. Our study shows that cavity solitons can be used as all-optical frequency switches with a speed that meets the requirements of optical operations.

کلیدواژه‌ها [English]

Cavity Soliton
(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) VCSEL
Self-sustained
Synchronization

مراجع

[1] J.T. Wolfson, R.W. Boyd, Nonlinear Optics, Third Edition, 3rd ed., USA: Academic Press, Inc.,Orlando, FL, (2008).

[2] D.A.B. Miller, Device requirements for digital optical processing 10257 (1990 68–76. https://doi.org/10.1117/12.2283569

[3] D.A.B. Miller, Are optical transistors the logical next step?, Nature Photonics 4 1 (2010) 3–5. https://www.nature.com/articles/nphoton.2009.240

[4] S. Barland et al., Cavity solitons as pixels in semiconductor microcavities, Nature 419 6908 (2002) 699–702. https://www.nature.com/articles/nature01049

[5] E. Taghavi, M. Eslami, R. Kheradmand, Coherent and incoherent switching of cavity solitons in an optically injected VCSEL, Journal of Optics 21 1 (2019) 015402. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2040-8986/aaf2ab/meta

[6] M. Eslami, S.Z. Gandomani, F. Prati, H. Tajalli R. Kheradmand, Ultra low-energy switch based on a cavity soliton laser with pump modulation, Journal of Optics 19 1 (2017) 015502. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2040-8986/19/1/015502/meta

[7] M. Eslami, R. Kheradmand, P. Bahari, H. Tajalli, Twin laser cavity solitons in a VCSEL with saturable absorber, European Physical Journal D 69 9 (2015). https://link.springer.com/article/10.1140/epjd/e2015-60261-x

[8] F. Prati, L.A. Lugiato, G. Tissoni, M. Brambilla, Cavity soliton billiards, Physical Review A atomic, molecular, and optical physics 84 5 (2011) 1–6. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.84.053852

[9] M. Turconi, F. Prati, S. Barland, G. Tissoni, Excitable solitons in a semiconductor laser with a saturable absorber, Physical Review A atomic, molecular, and optical physics 92 5 (2015) 1–7. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.053855

[10] S. Ahmadipanah, R. Kheradmand, F. Prati, Enhanced Resonance Frequency and Modulation Bandwidth in a Cavity Soliton Laser, IEEE Photonics Technology Letters 26 10 (2014) 1038–1041. https://doi.org/10.1109/LPT.2014.2312735

[11] S. Ahmadipanah, R. Kheradmand, F. Prati, Scaling law for dynamical hysteresis of cavity solitons, Journal of Optics 18 2 (2016) 025504. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2040-8978/18/2/025504/meta

[12] M. Eslami, R. Kheradmand, All optical logic gates based on cavity solitons with nonlinear gain, Optical Review 19 4 (2012) 242–246. https://link.springer.com/article/10.1007/s10043-012-0037-3

[13] M. Rowley et al., Self-emergence of robust solitons in a microcavity, Nature 608 7922 Aug. (2022) 303–309. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04957-x

[14] M. Nie, Y. Xie, B. Li, S.W. Huang, Photonic frequency microcombs based on dissipative Kerr and quadratic cavity solitons, Progress in Quantum Electronics 86 (2022) 100437. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2022.100437

[15] G.L. Oppo, D. Grant, M. Eslami, Temporal cavity solitons and frequency combs via quantum interference, Physical Review A 105 1 (2022) L011501. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.L011501

[16] H. Bao et al., Laser cavity-soliton microcombs, Nature Photonics 13 6 (2019) 384–389. https://www.nature.com/articles/s41566-019-0379-5

[17] S.R. Anbardan, R. Kheradmand, F. Prati, Cavity solitons synchronization, Journal of Nanophotonics 13 1 (2018) 12502. https://doi.org/10.1117/1.JNP.13.012502

[18] X. Hachair et al., Cavity solitons in a driven VCSEL above threshold, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 12 3 May (2006) 339–350. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2006.872711

[19] M. Eslami, R. Kheradmand, G. Hashemvand, The effect of nonlinear gain on the characteristics of an optically injected VCSEL and cavity solitons, Optical and Quantum Electronics 46 2 (2014) 319–329. https://link.springer.com/article/10.1007/s11082-013-9762-5

[20] M. Eslami, R. Kheradmand, K.M. Aghdami, Complex behavior of vertical cavity surface emitting lasers with optical injection, Physica Scripta, T157 T157 (2013) 14038. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-8949/2013/T157/014038

[21] A. Pikovsky, M. Rosenblum, Synchronization: A general phenomenon in an oscillatory world, Nova Acta Leopoldina NF 88 332 (2003) 255–268.

[22] S.R. Anbardan, C. Rimoldi, R. Kheradmand, G. Tissoni, F. Prati, Exponentially decaying interaction potential of cavity solitons, Physical Review E 97 3 (2018) 1–5. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.032208