La interacción giro-órbita de Coin Paradox mejora el efecto magnetoóptico y su aplicación en el aislador óptico integrado en el chip

Los espectros de transmisión total de las estructuras del aislador óptico para diferentes \ (\ varepsilon_ {xy} \). La línea negra continua muestra el espectro de transmisión para \ (\ varepsilon_ {xy} =0 \), la línea roja continua para \ (\ varepsilon_ {xy} =0.3 \) hacia adelante y la línea roja punteada para \ (\ varepsilon_ {xy} =0.3 \) hacia atrás. Los recuadros debajo de los espectros de transmisión son las distribuciones de intensidad del componente z del campo magnético, correspondiente al caso de \ (\ varepsilon_ {xy} =0 \)

Inicialmente, el rendimiento de aislamiento de la estructura del aislador óptico del modo resonante TM _{0,4 ​​} fue estudiado. Las figuras 3a, b muestran los espectros de transmisión de las estructuras aislantes ópticas del modo resonante TM _{0,4 ​​} con diferente \ (\ varepsilon_ {xy} \). Sin ningún campo magnético, el valle de transmisión se encuentra a unos 1550,2 nm. Al aplicar el campo magnético, el valle transmitido tiene un corrimiento hacia el rojo cuando el SPP viaja hacia adelante y un corrimiento hacia el azul casi simétricamente cuando el SPP viaja hacia atrás. Por lo tanto, se observó la división de valles resonantes hacia adelante y hacia atrás. Con el aumento en el valor del parámetro magneto-óptico \ (\ varepsilon_ {xy} \), la longitud de onda cambió y la división aumentó. La Figura 3c muestra la curva de división de los valles resonantes hacia adelante y hacia atrás que varían con el parámetro magneto-óptico \ (\ varepsilon_ {xy} \). Como se muestra en la Fig. 3c, la división está prácticamente relacionada de manera positiva con el parámetro magnetoóptico \ (\ varepsilon_ {xy} \). La Figura 3d muestra el IR y el IL de la estructura del aislador óptico del modo resonante TM _{0,4 ​​} para diferentes \ (\ varepsilon_ {xy} \). Con el aumento en el valor de \ (\ varepsilon_ {xy} \), tanto el IL hacia adelante como hacia atrás disminuyeron. Además, cuando \ (\ varepsilon_ {xy} \ ge 0.05 \), el IL era tan pequeño como aproximadamente 2 dB y se mantuvo estable. Esto significa que los valles resonantes hacia adelante y hacia atrás estaban completamente separados entre sí. El IR hacia adelante y hacia atrás exhibió diferentes curvas de cambio a medida que aumentaba \ (\ varepsilon_ {xy} \). Como se muestra en la Fig. 3d, obtenemos un IR máximo superior a 60 dB con un IL correspondiente de aproximadamente 2 dB. El IR se determinó por la profundidad del valle de transmisión. Depende de la distancia de acoplamiento entre la guía de ondas MIM y la cavidad del disco. Por lo tanto, el IR se puede ajustar cambiando el espacio entre la guía de ondas MIM y la cavidad del disco, g . Los resultados relevantes muestran que el gran efecto magnetoóptico existe en la estructura del aislador óptico que se presenta en este documento y, como resultado, se obtiene un aislador óptico integrado en chip de alto rendimiento.

Los espectros de transmisión, división de longitud de onda, IR e IL en modo TM _{0,4 ​​} . un , b Los espectros de transmisión de luz desde diferentes direcciones de propagación acoplados en la cavidad del disco tienen diferentes \ (\ varepsilon_ {xy} \). c , d Los gráficos lineales de división de longitud de onda, IR e IL en función de \ (\ varepsilon_ {xy} \)

La mejora del efecto magnetoóptico transversal por la paradoja de la moneda SOI será más significativa para el número n del modo azimutal más pequeño. Los resultados de la simulación se pueden utilizar para probar esta ley. Como se muestra en la Fig.2, para los casos de TM _0,5 , TM _{0,4 ​​} y TM _0,3 , la división \ (\ Delta \ lambda \) aumentó con la disminución del número n del modo azimutal. Para comparar con precisión la intensidad del efecto magnetoóptico transversal de diferentes modos, en la Fig. 4. Como se muestra en la Fig. 4, para tres modos diferentes, la relación \ (\ Delta \ lambda / \ lambda \) solo tiene un ligero cambio. Además, como se muestra en los recuadros, \ (\ Delta \ lambda / \ lambda \) proporciones de TM _0,5 y TM _{0,4 ​​} son casi iguales y las de TM _0,3 es el más grande. Estos resultados de simulación son contrarios a la teoría informada en la Ref. [26]. Para los casos de TM _0,5 , TM _{0,4 ​​} y TM _0,3 , la longitud de onda de resonancia aumentó con la disminución del número de modo azimutal n, que se muestra claramente en la Fig. 2. A medida que la longitud de onda aumentó, el valor absoluto de la permitividad dieléctrica del metal \ (\ varepsilon_ {M} \) aumentó rápidamente, lo que resultó en una disminución en \ (\ beta_ {SPP} \). Según la teoría de la Ref. [26], se esperaba que el efecto magneto-óptico transversal se debilitara y que la relación \ (\ Delta \ lambda / \ lambda \) fuera menor. Por lo tanto, los resultados de la presente simulación son contrarios a la teoría de la Ref. [26]. La mejora en el efecto magneto-óptico transversal por la paradoja de la moneda SOI puede resolver esta contradicción entre los resultados de la simulación y la teoría en la Ref. [26]. Como se mencionó anteriormente, la paradoja de la moneda SOI es más significativa para el número n de modo azimutal más pequeño. Así, la mejora del efecto magnetoóptico transversal por la paradoja de la moneda SOI puede cancelar o incluso superar el debilitamiento provocado por el aumento de la longitud de onda. Además, se puede sacar otra conclusión de que el efecto magnetoóptico transversal anormalmente grande mencionado en este trabajo es causado por la paradoja de la moneda SOI y permanece fuerte en un amplio rango de longitudes de onda.

Gráfico de líneas de la relación \ (\ Delta \ lambda / \ lambda \) que varía con \ (\ varepsilon_ {xy} \) para diferentes modos. Los recuadros son la vista parcialmente ampliada de puntos de datos cuando \ (\ varepsilon_ {xy} =0.2 \) y \ (\ varepsilon_ {xy} =0.3 \)

Para el número n de modo azimutal más pequeño, la mejora del efecto magnetoóptico transversal por la paradoja de la moneda SOI es más significativa. Por lo tanto, una cavidad más pequeña tendrá un efecto magnetoóptico transversal mayor en el mismo rango de longitud de onda, es decir, una división de longitud de onda mayor. Para confirmar esta conclusión, el radio de la cavidad del disco R se estableció en un valor menor, 421 nm. El espectro de transmisión de la cavidad más pequeña R =421 nm se muestra en la Fig. 5a, y se compara con la cavidad más grande R =540 nm. Se puede ver que TM _0,3 para cavidades más pequeñas R =421 nm y TM _{0,4 ​​} para cavidades más grandes R =540 nm ambos se encuentran a aproximadamente 1550 nm. El gráfico lineal de la división de la longitud de onda que cambia con \ (\ varepsilon_ {xy} \) para diferentes radios de la cavidad del disco se representa en la figura 5b. Es obvio que la división de la longitud de onda de la cavidad más pequeña es mayor que la de la cavidad más grande, lo que concuerda con nuestras expectativas. Además, la mejora del efecto magnetoóptico transversal por la paradoja de la moneda SOI se vuelve a demostrar.

Los espectros de transmisión y la división de la longitud de onda de la cavidad del disco con diferentes radios. un Los espectros de transmisión de luz desde diferentes direcciones de propagación se acoplan en una cavidad de disco con diferentes radios. Los recuadros corresponden a la distribución de intensidad del componente z del campo magnético cuando \ (\ varepsilon_ {xy} =0 \). b Gráfico lineal de la división de la longitud de onda para la cavidad del disco con diferentes radios

Es bien sabido que con la disminución del radio de la cavidad del disco, aumentará el ancho total a la mitad del máximo (FWHM) de la línea espectral. Bigger FWHM ha sido el principal punto de fricción insuperable que dificulta la aplicación de cavidades con volúmenes de modelo más pequeños. El cambio en FWHM inducido por el cambio de \ (\ varepsilon_ {xy} \) puede ignorarse. Con el radio de la cavidad del disco disminuyendo de 540 a 421 nm, la FWHM aumentó de aproximadamente 9,914 nm a aproximadamente 10,811 nm. Con la disminución del radio de la cavidad del disco, la FWHM aumentó en aproximadamente 0,897 nm. Esta expansión lineal se puede compensar eficazmente mediante un aumento de la división. Por ejemplo, cuando \ (\ varepsilon_ {xy} =0.1 \), el aumento en la división de la longitud de onda fue de aproximadamente 1.130 nm. Cuando \ (\ varepsilon_ {xy} =0.3 \), el aumento en la división de la longitud de onda fue de aproximadamente 2.850 nm, mucho mayor que 0.897 nm. Por lo tanto, la estructura del aislador óptico que se presenta aquí tiene un mayor potencial de aplicación en un tamaño más pequeño y es más propicia para un mayor grado de integración óptica.