Оптический транзистор на основе фотонного кристалла с дефектом, содержащим среду с рамановским усилением

Предложена и проанализирована схема для полностью оптического переключения на основе фотонного кристалла (ФК) с дефектом, содержащим среду с активным рамановским усилением (рис. 4-1а). В отличие от схем с электромагнитно индуцированной прозрачностью, которые являются абсорбционными, предлагаемая схема основана на управлении рамановским усилением пробного (рамановского) поля с помощью когерентного переключающего поля. В такой структуре при определенных условиях имеет место как усиление (коэффициент пропускания T>1), так и подавление (T<<1) прошедшего пробного импульса (рис. 4-1б). Такое устройство может работать как оптический транзистор, где переключающее поле играет роль "базы" в электронном транзисторе.

В такой структуре можно контролировать дисперсию для пробной волны от нормальной до аномальной, варьируя интенсивность управляющего поля, а значит и скорость распространения пробного импульса от субсветовой (v_g<<c) до сверхсветовой (v_g>c или v_g<0). Положительные групповые задержки имеют место при частотах Раби переключающего поля g₃ на входе ФК, которые соответствуют правой ветви зависимости максимального коэффициента пропускания от g₃, а отрицательные – для левой ветви (вставка на рис. 4-1б).

а) Энергетическая диаграмма активной рамановской среды, взаимодействующей   с тремя полями: слабым пробным (рамановским) полем с частотой w2, управляющим и переключающим полями с частотами w1 и w3, соответственно.

б) Импульс пробного поля как функция времени на выходе ФК. Сплошная кривая – импульс на входе ФК (длительность мкс). Пунктирная кривая – прошедший импульс в условиях ЭИП в отсутствие переключающего поля. Штрих-пунктирная кривая - прошедший импульс в присутствие резонансного переключающего поля. Опорный импульс - импульс, который проходит через пустой ФК с пустым дефектом. g1,3 – частоты Раби поля накачки и переключающего поля на входе ФК, γ10 – полуширина перехода 0-1. На правой вставке показана зависимость пропускания пробной волны как функция

1. V. G. Arkhipkin, S. A. Myslivets. All-optical transistor using a photonic-crystal cavity with an active Raman gain medium // Phys. Rev. A, 2013. V.88, 0333847-1 - 0333847-6.