Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity

皮秒 光开关 光子晶体 光电子学 材料科学 光子学 吸收(声学) 切换时间 光功率 光学 双光子吸收 光子 激光器 物理 复合材料
作者
Kengo Nozaki,Takasumi Tanabe,Akihiko Shinya,Shinji Matsuo,Tomonari Sato,Hideaki Taniyama,Masaya Notomi
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (7): 477-483 被引量:653
标识
DOI:10.1038/nphoton.2010.89
摘要

Although high-speed all-optical switches are expected to replace their electrical counterparts in information processing, their relatively large size and power consumption have remained obstacles. We use a combination of an ultrasmall photonic-crystal nanocavity and strong carrier-induced nonlinearity in InGaAsP to successfully demonstrate low-energy switching within a few tens of picoseconds. Switching energies with a contrast of 3 and 10 dB of 0.42 and 0.66 fJ, respectively, have been obtained, which are over two orders of magnitude lower than those of previously reported all-optical switches. The ultrasmall cavity substantially enhances the nonlinearity as well as the recovery speed, and the switching efficiency is maximized by a combination of two-photon absorption and linear absorption in the InGaAsP nanocavities. These switches, with their chip-scale integratability, may lead to the possibility of low-power, high-density, all-optical processing in a chip. All-optical switching energies as small as 0.42 fJ — two orders of magnitude lower than previously reported — are demonstrated in small photonic crystal cavities incorporating InGaAsP. These devices can switch within a few tens of picoseconds, and may therefore have potential for low-power high-density all-optical processing on a chip.
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