(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

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

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

3 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