Optické derivátory

Rok: 2006

RNDr. Radan Slavík, Ph.D., DSc.

Optická zařízení a systémy by měly umožnit zpracování  informací rychlostmi nedosažitelnými pomocí elektronických součástek (stovky GHz a více). To je obzvláště důležité pro aplikace jako super-rychlé počítání, telekomunikace s velmi vysokou kapacitou přenosu, tvarování ultrakrátkých optických pulsů a jejich analýzu. Ve spolupráci s kolegy z EMT-INRS z Quebecké University v Montrealu se nám podařilo experimentálně realizovat jeden ze základních optických obvodů – univerzální optický časový derivátor. Náš derivátor počítá časovou derivaci obálky optického signálu libovolného tvaru, jejíž změny jsou oblasti řádu stovek femtosekund. To odpovídá rychlosti zpracování informace v oblasti terahertzů, což je rychlost o tři řády větší než rychlosti dosahované v moderních elektronických systémech.

Realizovali jsme dvě konfigurace [1-3], jedné založené na vláknově-optické implementaci [1,2] a druhé založené na standardních optických prvcích [3]. První konfigurace zaručuje nízké vložné ztráty, potenciálně nízkou výrobní cenu, je robustní a je kompatibilní s existujícími vláknovými systémy; druhá pak může být postavena z elementů jenž jsou k dispozici ve většině optických laboratoří a proto může být široce využita ve vědě.

Ve vláknové implementaci jsme vytvořili speciální difraktivní mřížku v jádře a plášti optického vlákna, která se nazývá „mřížka s dlouhou periodou“. Pro správné fungování bylo navíc potřeba vyvinout metodu ladění mřížky [4]. V implementaci, jež využívá standardních optických komponent, je součástka tvořena nevyváženým symetrickým Michelsonovým interferometrem [3]. Tato konfigurace se dá snadno rozšířit i pro získání vyšších časových derivací – pro ověření principu jsme postavili a otestovali součástku pro počítání druhé časové derivace [3].

1. R. Slavík, M. Kulishov, Y. Park, J. Azaña, and R. Morandotti, Temporal differentiation of sub-picosecond optical pulses using a single long period fiber grating, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/IQEC and PhAST), Long Beach, CA, USA, článek CTuBB5, květen 2006.
2. R. Slavík, Y. Park, M. Kulishov, R. Morandotti, and J. Azaña, Ultrafast all-optical differentiators, Optics Express, 14: 10699-10707, (2006).
3. Y. Park, J. Azana, and R. Slavík, Ultrafast all-optical first and higher-order differentiators based on interferometers, Optics Letters Vol. 32, No. 6 (v tisku), k dispozici on-line, 2007.
4. R. Slavík, Extremely deep long-period fiber grating made with CO2 laser, IEEE Photonics Technology Letters, 18: 1705-1707, (2006).