(45-6) 07 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Концепция миниатюрного полностью оптического пространственного переключателя на основе эффекта фотонного крючка
Ю.Э. Гейнц 1, О.В. Минин 2,3, И.В. Минин 2,3

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН,
634055, Россия, г. Томск, площадь Академика Зуева, 1,

Сибирский государственный университет геосистем и технологий,
630108, Россия, г. Новосибирск, Плахотного, 10,

Национальный исследовательский Томский политехнический университет,
634050, Россия, г. Томск, Ленина, 30

 PDF, 924 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-926

Страницы: 848-852.

Аннотация:
В статье обсуждаются основные свойства новой концепции полностью оптического диэлектрического двухканального селективного по длине волны коммутатора на основе эффекта фотонного крючка. Рассмотрен прототип такого устройства на диэлектрических микроструктурах с нарушенной симметрией как геометрической формы, так и оптических свойств без применения микромеханических устройств или нелинейных материалов. Благодаря уникальному свойству фотонного крючка изменять свою кривизну в зависимости от длины волны светового облучения, данный переключатель является перспективным кандидатом для реализации оптической коммутации в современной оптоэлектронике и миниатюрных устройствах «на чипе». На основе численного FDTD-моделирования показано, что оптическая изоляция коммутируемых каналов для переключателя с линейными размерами около (6 * lambda)3 на базе Янус-частицы может достигать примерно 18 – 20 дБ в диапазоне длин волн 1,5 – 1,9 мкм.

Ключевые слова:
оптический переключатель, Янус-частица, фотонный крючок, переключатель.

Благодарности
Работа выполнена в рамках программы развития ТПУ и частично поддержана РФФИ (№ 21-57-10001, 20-57-S52001) и Министерством науки и высшего образования РФ (Институт оптики атмосферы РАН им. В.Е. Зуева).

Цитирование:
Гейнц, Ю.Э. Концепция миниатюрного полностью оптического пространственного переключателя на основе эффекта фотонного крючка / Ю.Э. Гейнц, О.В. Минин, И.В. Минин // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 6. – С. 848-852. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-926.

Citation:
Geints YE, Minin OV, Minin IV. The concept of a miniature all-optical space switch based on the photonic hook effect. Computer Optics 2021; 45(6): 848-852. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-926.

Литература:

  1. El-Bawab, T.S. Optical switching / T.S. El-Bawab. – Boston, MA: Springer, 2006. – DOI: 10.1007/0-387-29159-8.
  2. Cheng, Q. Recent advances in optical technologies for data centers: a review / Q. Cheng, M. Bahadori, M. Glick, S. Rumley, K. Bergman // Optica. – 2018. – Vol. 5. – P. 1354-1370. – DOI: 10.1364/OPTICA.5.001354.
  3. Stabile, R. Integrated optical switch matrices for packet data networks / R. Stabile, A. Albores-Mejia, A. Rohit [et al.] // Microsystems and Nanoengineering. – 2016. – Vol. 2. – 15042. – DOI: 10.1038/micronano.2015.42.
  4. Cheng, Z. On-chip photonic synapse / Z. Cheng, C. Ríos, W.H.P. Pernice, C.D. Wright, H. Bhaskaran // Science Advances. – 2017. – Vol. 3, Issue 9. – e1700160. – DOI: 10.1126/sciadv.1700160.
  5. Virgilio, M. CMOS-compatible optical switching concept based on strain-induced refractive-index tuning / M. Virgilio, B. Witzigmann, G. Bolognini, S. Guha, T. Schroeder, G. Capellini // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, Issue 5. – P. 5930-5940. – DOI: 10.1364/OE.23.005930.
  6. Ravel, K. Optical switch matrix development for new concepts of photonic based flexible telecom payloads / K. Ravel, C. Koechlin, E. Prevost, T.  Bomer, R. Poirier, L. Tonck, G. Guinde, M. Beaumel, N. Parsons, M. Enrico, S. Barker // Proceedings of SPIE. – 2018. – Vol. 11180. – 111803H. – DOI: 10.1117/12.2536044.
  7. Jia, H. WDM-compatible multimode optical switching system-on-chip / H. Jia, S. Yang, T. Zhou, S. Shao, X. Fu, L. Zhang, L. Yang // Nanophotonics. – 2019. – Vol. 8, Issue 5. – P. 889-898. – DOI: 10.1515/nanoph-2019-0005.
  8. Williamson, I.A.D. Broadband optical switch based on an achromatic photonic gauge potential in dynamically modulated waveguides / I.A.D. Williamson, S. Fan // Physical Review Applied. – 2019. – Vol. 11, Issue 5. – 054035. – DOI: 10.1103/PhysRevApplied.11.054035.
  9. Ren, H. Liquid-based infrared optical switch / H. Ren, S. Xu, Y. Liu, S.-T. Wu // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 101, Issue 4. – 041104. – DOI: 10.1063/1.4738995.
  10. Li, L. Optical switch based on electrowetting liquid lens / L. Li, C. Liu, H.-R. Peng, Q.-H. Wang // Journal of Applied Physics. – 2012. – Vol. 111, Issue 10. – 103103. – doi: 10.1063/1.4717715.
  11. Seok, T.J. Large-scale broadband digital silicon photonic switches with vertical adiabatic couplers / T.J. Seok, N. Quack, S. Han, R.S. Muller, M.C. Wu // Optica. – 2016. – Vol. 3, Issue 1. – P. 64-70. – DOI: 10.1364/OPTICA.3.000064.
  12. Bulgan, E. Submicron silicon waveguide optical switch driven by microelectromechanical actuator / E. Bulgan, Y. Kanamori, K. Hane // Applied Physics Letters. – 2008. – Vol. 92, Issue 10. – 101110. – DOI: 10.1063/1.2892677.
  13. Han, S. Large-scale polarization-insensitive silicon photonic MEMS switches / S. Han, T.J. Seok, K. Yu, N. Quack, R.S. Muller, M.C. Wu // Journal of Lightwave Technology. – 2018. – Vol. 36, Issue 10. – P. 1824-1830. – DOI: 10.1109/JLT.2018.2791502.
  14. Seok, T.J. Silicon photonic wavelength cross-connect with integrated MEMS switching / T.J. Seok, J. Luo, Z. Huang, K. Kwon, J. Henriksson, J. Jacobs, L. Ochikubo, R.S. Muller, M.C. Wu // APL Photonics. – 2019. – Vol. 4, Issue 10. – 100803. – DOI: 10.1063/1.5120063.
  15. Han, S. Large-scale silicon photonic switches with movable directional couplers / S. Han, T.J. Seok, N. Quack, B.-W. Yoo, M.C. Wu // Optica. – 2015. – Vol. 2, Issue 4. – P. 370-375. – DOI: 10.1364/OPTICA.2.000370.
  16. Strasser, T.A. Wavelength-selective switches for ROADM applications / T.A. Strasser, J.L. Wagener // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2010. – Vol. 16, Issue 5. – P. 1150-1157. – DOI: 10.1109/JSTQE.2010.2049345.
  17. Zhang, C. Wavelength-selective 2  ×  2 optical switch based on a Ge2Sb2Te5-assisted microring / C. Zhang, M. Zhang, Y. Xie, Y. Shi, R. Kumar, R.R. Panepucci, D. Dai // Photonics Research. – 2020. – Vol. 8, Issue 7. – P. 1171-1176. – DOI: 10.1364/PRJ.393513.
  18. Christodoulides, D.N. Foreword / D.N. Christodoulides. – In: The photonic hook / O.V. Minin, I.V. Minin. – Cham: Springer, 2021. – P. vii-viii. – DOI: 10.1007/978-3-030-66945-4.
  19. Notomi, M. On-chip all-optical switching and memory by silicon photonic crystal nanocavities / M. Notomi, T. Tanabe, A. Shinya, E. Kuramochi, H. Taniyama // Advances in Optical Technologies. – 2008. – Vol. 2008. – 568936 (10 p.) – DOI: 10.1155/2008/568936.
  20. Geints, Y.E. Tailoring ‘photonic hook’ from Janus dielectric microbar / Y.E. Geints, I.V. Minin, O.V. Minin // Journal of Optics. – 2020. – Vol. 22, Issue 6. – 065606. – DOI: 10.1088/2040-8986/ab8e9e.
  21. Minin, I.V. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects / I.V. Minin, O.V. Minin, Yu.E. Geints // Annalen der Physik. – 2015. – Vol. 527, Issues 7-8. – P. 491-497. – DOI: 10.1002/andp.201500132.
  22. Minin, I.V. Experimental demonstration of tunable photonic hook by partially illuminated dielectric microcylinder / I.V. Minin, O.V. Minin, C.-Y. Liu, H.-D. Wei, Y. Geints, A. Karabchevsky // Optics Letters. – 2020. – Vol. 45, Issue 17. – P. 4899-4902. – DOI: 10.1364/OL.402248.
  23. Liu, C.-Y. Shaping photonic hook via well-controlled illumination of finite-size graded-index micro-ellipsoid / C.-Y. Liu, H.-J. Chung, O.V. Minin, I.V. Minin // Journal of optics. – 2020. – Vol. 22, Issue 8. – 085002. – DOI: 10.1088/2040-8986/ab9aaf.
  24. Minin, I.V. Simple free-space method for measurement of dielectric constant by means of diffractive optics with new capabilities / I.V. Minin, O.V. Minin, D.O. Golodnikov // Proceedings of the 8th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering. – 2006. – P. 13-18. – DOI: 10.1109/APEIE.2006.4292375.
  25. Kopylov, Y.V. Diffraction phenomena inside thick Fresnel zone plates / Y.V. Kopylov, A.V. Popov, A.V. Vinogradov // Radio Science.–1996. – Vol. 31, Issue 6. – P. 1815-1822. – DOI: 10.1029/96RS01939.
  26. Котляр, В.В. Гиперболическая фотонная струя / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв // Компьюьерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 3. – С. 300-307.
  27. Su, H. Janus particles: design, preparation, and biomedical applications / H. Su, C.-A. Hurd Price, L. Jing, Q. Tian, J. Liu, K. Qian // Materials Today Bio. – 2019. – Vol. 4. – 100033. – DOI: 10.1016/j.mtbio.2019.100033.
  28. Minin, O.V. The photonic hook. From optics to acoustics and plasmonics / O.V. Minin, I.V. Minin. – Cham: Springer, 2021. – ISBN: 978-3-030-66944-7.
  29. Minin, I.V. Diffractive optics and nanophotonics. Resolution below the diffraction limit / I.V. Minin, O.V. Minin. – Cham: Springer, 2016. – ISBN: 978-3-319-24251-4.
  30. Tang, L. Nanometre-scale germanium photodetector enhanced by a near-infrared dipole antenna / L. Tang, S. Kocabas, S. Latif, A.K. Okyay, D.-S. Ly-Gagnon, K.C. Saraswatand, D.A.B. Miller // Nature Photonics. – 2008. – Vol. 2. – P. 226-229. – DOI: 10.1038/nphoton.2008.30.
  31. Li, M. Photon-level tuning of photonic nanocavities / M. Li, H. Liang, R. Luo, Y. He, J. Ling, Q. Lin // Optica. – 2019. – Vol. 6, Issue 7. – P. 860-863. – DOI: 10.1364/OPTICA.6.000860.
  32. Blasco, E. 3D printing enabled by light and enabling the manipulation of light: feature issue introduction / E. Blasco, S. Maruo, X. Xu, M. Wegener // Optical Materials Express. – 2020. – Vol. 10, Issue 12. – P. 3414-3416. – DOI: 10.1364/OME.415864.
  33. Berglund, G.D. Fabrication of optical components using a consumer-grade lithographic printer / G.D. Berglund, T.S. Tkaczyk // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 21. – P. 30405-30420. – DOI: 10.1364/OE.27.030405.
  34. Dietrich, P.-I. In situ 3D nanoprinting of free-form coupling elements for hybrid photonic integration / P.-I. Dietrich, M. Blaicher, I. Reuter, M. Billah, T. Hoose, A. Hofmann, C. Caer, R. Dangel, B. Offrein, U. Troppenz, M. Moehrle, W. Freude, C. Koos // Nature Photonics. – 2018. – Vol. 12. – P. 241-247. – DOI: 10.1038/s41566-018-0133-4.
  35. Castro-Camus, E. Additive manufacture of photonic components for the terahertz band / E. Castro-Camus, M. Koch, A.I. Hernandez-Serrano // Journal of Applied Physics. – 2020. – Vol. 127, Issue 21. – 210901. – DOI: 10.1063/1.5140270.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20