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Nov 26, 2023

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Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12778 (2022) Citar este artigo

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Recentemente, os moduladores totalmente ópticos são potencialmente os candidatos mais promissores para alcançar a modulação de alta taxa de bits em tecnologias de comunicação totalmente ópticas de alta velocidade e processamento de sinal. Neste estudo, um modulador totalmente óptico de dois canais baseado em uma estrutura de pontos quânticos processada por solução é introduzido para dois tamanhos de pontos quânticos para operar em dois comprimentos de onda de espectros MIR (3 µm e 5 µm). Para realizar análises numéricas e teóricas e avaliar o comportamento óptico do modulador totalmente óptico proposto, as equações acopladas de taxa e propagação foram resolvidas considerando efeitos de alargamento homogêneos e não homogêneos. A profundidade de modulação na frequência de 50 GHz e potência de sonda de 3 mW é alcançada, cerca de 94% para o canal 1 com o comprimento de onda de 559 nm a 300 Wcm-2 densidade de potência da bomba, bem como aproximadamente 83,5% para o canal 2 com o comprimento de onda de 619 nm a 500 Wcm-2 densidade de potência da bomba. O modulador totalmente óptico de dois canais introduzido pode operar simultaneamente em dois comprimentos de onda durante o processo de modulação no qual a informação pode ser transmitida através de ambos os sinais da luz de controle. Esta abordagem pode apresentar o dispositivo prático como um modulador totalmente óptico de dois canais de alto contraste e alta velocidade com uma alta profundidade de modulação em inúmeras aplicações, como imagens térmicas em câmeras de visão noturna, demultiplexação de comprimento de onda, processamento de sinal, free- comunicação espacial.

A demanda cada vez maior para transmitir uma grande quantidade de dados foi sentida desde 1993, quando a internet se tornou disponível ao público em todo o mundo. A rede de fibra ótica com meio de transmissão natural desfruta de uma grande largura de banda, de modo que as fibras monomodo padrão têm uma largura de banda de até 25 THz, exigindo uma taxa de bits muito alta. Atualmente, as redes de fibra óptica em todo o mundo operam a uma taxa de bits de 40 Gbps, e a tecnologia de ponta está sempre avançando no sentido de aumentar as taxas de bits e altas velocidades1,2. Portanto, tecnologias de comunicação óptica de alta velocidade e processamento de sinal dependem principalmente de dispositivos mencionados como moduladores ópticos. De fato, os moduladores desempenham um papel substancial na comunicação óptica em comparação com outros componentes. Utilizando esses componentes, as informações são transmitidas em feixes ópticos após percorrerem quilômetros e, em seguida, são transportadas por fibras ópticas até o centro das redes de telecomunicações e compartilhamento de dados3,4. Nos últimos anos, os moduladores ópticos tiveram um papel significativo em optoeletrônica e dispositivos fotônicos devido à sua grande largura de banda e baixa perda, e alcançaram um enorme desenvolvimento no processamento de informações ópticas, interconexões ópticas, engenharia de laser pulsado e detecção ambiental5,6, 7,8,9.

Os moduladores totalmente ópticos (AOMs) são potencialmente os candidatos mais promissores para alcançar a modulação de alta taxa de bits, na qual a luz é modulada pela luz110,11,12,13 e tem vantagens únicas no processamento de sinal totalmente óptico em comparação com a modulação eletro-óptica ou modulação acústico-óptica14,15. Recentemente, a modulação totalmente óptica provavelmente permitiu redes fotônicas rápidas devido à eliminação do processo de conversão entre luz e eletricidade na comutação óptica convencional4,10. Os AOMs têm sido amplamente inspecionados por sua ampla largura de banda, resposta rápida e tamanho compacto, em que o sinal de luz pode ser modulado no domínio fotônico sem exercer nenhum efeito externo térmico, eletrônico e outros efeitos5,8,9. O progresso dos objetivos do AOM não apenas no aumento da velocidade de desempenho, mas também no fornecimento de novas aplicações, como comunicação de espaço livre de banda larga, imagens de atmosfera antiflutuação e detecção ultrarrápida de tempo de voo, com base nas atuais tecnologias de detecção MIR16 ,17.

Para o controle ativo da luz, existem inúmeras aplicações interessantes por meio da aplicação de pontos quânticos semicondutores (QDs)4,10,18. Recentemente, estudos sobre AOMs no comprimento de onda das telecomunicações foram amplamente desenvolvidos e temos testemunhado avanços notáveis ​​neste campo. Para tanto, uma demonstração experimental de AOM baseada na interação eficiente entre a luz de controle em um comprimento de onda de 515 nm e a luz de sinal em 1426 nm foi alcançada convertendo-as em polaritons de plasmon de superfície (SPPs) co-propagantes, que interagem através de um fina camada de CdSe QDs. A modulação óptica em baixas densidades de potência (∼ 100 Wcm−2) e frequência de modulação em torno de 25 MHz foi observada devido ao alto confinamento de campo SPP e alta seção transversal de absorção QD13. Para promover a profundidade de modulação (MD) e a frequência de modulação nessa faixa de comprimentos de onda, um novo procedimento hipoteticamente também foi relatado para projetar um AOM baseado em vidro dopado com CdSe-QDs no qual a luz forte (560 Wcm-2) no comprimento de onda de 460 nm foi usado para modular o sinal de luz em 1522 nm com MD de 96% e frequência de modulação de 70 GHz4. Graças às propriedades ópticas únicas de materiais 2D no desenvolvimento de operações de controle de luz, um AOM de microfibra revestida de grafeno pode ser alcançado experimentalmente com um MD de 38% e frequência de modulação de 200 MHz, onde o sinal de luz no comprimento de onda de 1550 nm foi controlado por uma luz a 1064 nm19. Além disso, um AOM usando um método de modulação de fase cruzada espacial baseado em MXene foi projetado no qual uma forte luz de controle (∼ 40 Wcm-2) no comprimento de onda 671 nm foi explorada para modular outra luz de sinal fraco em 532 nm20.