CLEO: 2015 Kou Yoshiki.

 [STu1I.4] Leistungsarmer optischer On-Chip-Kerr-Schalter mit Silika-Mikrokavität

Am Morgen des 12. Oktober hielt ich einen Vortrag in der Sitzung "Nichtlineare Optik". Mein Vortrag befasste sich mit dem optischen Schalten unter Nutzung des optischen Kerr-Effekts in Silikatresonatoren. Neben meinem Vortrag gab es in dieser Sitzung viele weitere Präsentationen, die mikrooptische Resonatoren verwendeten. Die meisten von ihnen bezogen sich jedoch auf die Wellenlängenumwandlung und den optischen Kerr-Kamm, und es gab keine Präsentationen über Anwendungen im Zeitbereich wie die meine. In der gleichen Sitzung gab es Präsentationen von angesehenen Gruppen wie der Purdue Univ./Weiner Gruppe, der Conrnell Univ./Gaeta Gruppe und der Caltech/Vahala Gruppe. Es gab auch viele hochkarätige Forschungsvorträge, wie z. B. "Brillouin-scattering-induced transparency and non-reciprocal light storage", der kürzlich in Nature Communications veröffentlicht wurde. Es gab auch viele hochkarätige Präsentationen.

Mein Vortrag war der vierte in der Sitzung und begann um 8:45 Uhr, gerade rechtzeitig für die vielen Zuhörer. Tatsächlich war diese Sitzung so überfüllt, dass es nur Stehplätze gab, was zum Teil auf die vielen hochkarätigen Präsentationen im Zusammenhang mit Com zurückzuführen war. Die folgenden Fragen wurden in der Fragerunde gestellt.

• Wie groß ist die Zeitspanne des kontrollierten Lichtpulses, in der die thermischen Effekte sichtbar werden?
• Wird eine Methode zur Stabilisierung der Resonanzwellenlänge verwendet?
• Welcher Zusammenhang besteht zwischen der verwendeten Betriebsart und der für die Umschaltung erforderlichen optischen Steuerleistung (da verschiedene Betriebsarten unterschiedliche Betriebsmengen erfordern)?
• Was begrenzt die Schaltgeschwindigkeit?
• Wird das Zeitintervall der Eingangsimpulse unter Berücksichtigung des FSR des Resonators bestimmt?

Die Fragen (1) bis (4) konnte ich ohne Verzögerung beantworten, da es sich um vorausgesetzte Fragen handelte (denke ich), aber (5) konnte ich nicht beantworten, da ich weder das Englisch noch den Inhalt verstand. Im Nachhinein betrachtet, ging es in der Frage um FSR und Zeitintervalle, so dass ich vermute, dass der Fragesteller dies mit der optischen Carcom-Forschung verwechselt haben muss, aber damals konnte ich nicht so weit vorausdenken. Beim nächsten Mal möchte ich die Frage sorgfältiger beantworten und die Absicht des Fragestellers berücksichtigen.

3. über die Präsentationen, die unsere Aufmerksamkeit erregt haben

 [SM1l.4] Integrierter optischer C-Band-Spektrumanalysator auf einem Chip mit Doppelringresonator

Eine Studie über eine Ersatzfunktion auf einem Siliziumchip. Die Wellenlängenkomponenten werden mit Hilfe von gekoppelten Silizium-Mikrospiegeln mit leicht unterschiedlichen FSRs aufgelöst; da die FSRs leicht unterschiedlich sind, kann Licht im Grunde nur von einem Paar von Spitzen mit übereinstimmenden Wellenlängen übertragen werden. Die thermische Abstimmung der Resonanzwellenlänge eines der Mikrospiegel ändert das Modenpaar mit übereinstimmenden Resonanzwellenlängen, so dass die Wellenlängen gesweept werden können. Der springende Punkt ist, dass die Wellenlänge durch eine geringfügige Änderung der Resonanzwellenlänge eines der Mikroringe erheblich gesweept werden kann. Dieses Gerät verfügt über einen eingebauten Mach-Zehnder-Modulator im Eingangsport, der eine Lock-in-Detektion ermöglicht, sowie über einen eingebauten Photodetektor. Das Gerät hat den Nachteil, dass die Wellenlängenauflösung aufgrund der Verwendung eines Mikrospiegels nicht wesentlich erhöht werden kann, aber es war insofern interessant, als die oben erwähnten feinen Geräte hergestellt wurden.

[STu1I.3] Hocheffiziente Vier-Wellen-Mischung in einem AlGaAs-On-Insulator (AlGaAsOI) Nano-Wellenleiter (Technische Universität Dänemark).

Bei der Nutzung nichtlinearer optischer Phänomene in Silizium ist die Erzeugung von Ladungsträgern durch Zwei-Photonen-Absorption immer ein Problem (es sei denn, es wird eine Ladungsträgerextraktion verwendet). In den letzten Jahren wurden SiN und a-Si:H als alternative Materialien zu Silizium untersucht. Obwohl SiN eine große Bandlücke hat, ist seine Nichtlinearität geringer als die von Silizium. Obwohl a-Si:H eine höhere Nichtlinearität als Silizium aufweist, kann es die Ladungsträgererzeugung durch Zwei-Photonen-Absorption nicht vollständig unterdrücken. Andererseits hat das in dieser Studie verwendete AlGaAs eine höhere Nichtlinearität als Silizium, und gleichzeitig kann die Bandlücke durch die Al-Konzentration gesteuert werden. Die Effizienz der Wellenlängenumwandlung von AlGaAs wurde durch die Entwicklung der Wellenleiterstruktur verbessert.

[FTu4B.8] Kontrolle der Mechanik von Kohlenstoffnanoröhren mit optischen Mikrokavitäten (Lipson, Cornell univ.).

Freistehender Resonator mit Siliziumnitrid (Q=5×10⁶CNTs schwingen thermisch und die Amplitude der Schwingung ist so groß wie pm. Bringt man die CNTs in die Nähe des Resonators, so lassen sich die winzigen Verschiebungen der CNTs aufgrund ihrer mechanischen Schwingungen über den Ausgang des Resonators nachweisen. Die CNTs werden mit Hilfe einer Vorrichtung mechanisch in die Nähe des Resonators gebracht. Graphene Electro-optic Modulator), die sich eindeutig in Richtung kohlenstoffbasierter Materialien bewegen.

[SM3O.1] Überwachung einzelner Nukleinsäure-Interaktionen mit optischen Mikrokavitäten-Biosensoren (Vollmer, MPI).

Eingeladener Vortrag von Vollmer. Die wichtigsten Punkte dieser Präsentation sind die beiden folgenden. Erstens werden, wie auf dem Workshop in Keio im letzten Jahr besprochen, Prismen anstelle von Kegeln für die Kupplung verwendet. Dies ist auf seine hohe mechanische Stabilität zurückzuführen. Darüber hinaus verwenden wir Mikrokugeln anstelle von Toroiden, um die prismatische Kopplung zu erleichtern. Ein weiterer Punkt ist die Verwendung von plasmonischen Mikropartikeln zur Verstärkung des elektrischen Feldes und zur Erhöhung der Empfindlichkeit. Wie später beschrieben wird, scheint der jüngste Trend in der Sensorik mit mikrooptischen Resonatoren in der Kombination von Plasmonen, Optomechanik und Optofluidik zu liegen, um eine höhere Empfindlichkeit und Funktionalität zu erreichen.

[AW3K.1] Flüssigkeitsgekoppelte optomechanische Oszillatoren (H. Tang, Yale Univ.).

[AW3K.2] Oberflächenempfindliche mikrofluidische optomechanische Ringresonatorsensoren (X. Fan, Michigan Univ.).

Das Prinzip der Sensorik mit Optomechanik ist sehr einfach: ein kleiner optischer Resonator + Optomechanik + Optofluidik. Wenn einige Teilchen an dem Resonator haften, ändert sich die effektive Masse des Resonators und die mechanische Resonanzfrequenz verschiebt sich. Die mechanische Frequenzverschiebung lässt sich feststellen, indem man CW-Licht in den Resonator injiziert und das Ausgangslicht mit einem HF-Spektrometer frequenzauflöst. Diese Methode hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden, die Brechungsindexänderungen verwenden, das "Gewicht" messen kann.

Bei ersterem wird ein SiN-Scheibenresonator mit integriertem Wellenleiter verwendet. Wasser ist für sichtbares Licht durchsichtig, während Si undurchsichtig ist. Der Resonator wurde daher offenbar aus SiN hergestellt, das im Bereich des sichtbaren Lichts transparent ist. Die Messung in einer Flüssigkeit wird durch die Herstellung eines Strömungsweges durchgeführt, aber die durch die Flüssigkeit verursachte Dämpfung ist ein Problem. In Flüssigkeit ist der Q_MegaDie Dämpfung soll auf etwa ~1 reduziert werden. In dieser Studie wird die Dämpfung in der Flüssigkeit aufgehoben, indem die optomechanischen Schwingungen durch Licht mit ausreichend hoher Leistung verstärkt werden. Infolgedessen ist der Q_MegaEs wurde ein Wert von ~12 ermittelt, der für Flüssigkeiten extrem hoch ist. Die Ein- und Auskopplung von Licht erfolgt über einen Gitterkoppler.

Bei letzterem handelt es sich um einen hohlen Quarzglasflaschen-Resonator (ähnlich wie OIST?). Bei letzterem wird ein hohler Siliziumdioxid-Flaschenresonator verwendet (ähnlich wie bei OIST?). Diese hat einen Kanal in der Quarzglasflasche, so dass der Kegel nicht von der Flüssigkeit benetzt werden muss. In dieser Studie ist das Messobjekt eine HF-Lösung, und die Änderung der effektiven Masse aufgrund der HF-Abschabung der Innenwand der Silikaflasche wird beobachtet.

[STu2I.3] Kaskadierte Vier-Wellen-Mischung in Silizium-auf-Saphir-Mikroresonatoren bei λ=4,5 μm (Loncar, Harvard Univ.).

[SW4F.2] Quantenkaskadenlaser-basierte Kerr-Frequenzkamm-Erzeugung (Kippenberg, EPFL).

Schließlich möchte ich noch einige Präsentationen zum Thema Autokämme vorstellen, obwohl ich mit diesem Gebiet nicht sehr vertraut bin. In den beiden oben genannten Studien wurde versucht, Kämme im mittleren IR-Bereich mit QCL als Lichtquelle zu erzeugen, was für die Sensorik nützlich ist, da im mittleren IR-Bereich Absorptionslinien verschiedener Gase existieren. Ersterer (Harvard) versuchte die Kammgenerierung mit auf Saphir gefertigten Si-Mikrospiegeln. Der Grund für die Züchtung auf Saphir anstelle von Siliziumdioxid ist, dass Siliziumdioxid im mittleren IR absorbiert. Die EPFL hingegen verwendet einen MgF2-Resonator wie beim Wellenlängenbandkamm für die Telekommunikation, aber der Siliziumdioxidkonus, der im mittleren IR absorbiert, kann nicht für die Kopplung verwendet werden, weshalb eine konische Faser aus Chalkogenidfasern hergestellt wurde. Eine Prismenkopplung wäre eine Option gewesen, aber gab es kein Material für Prismen, das im mittleren IR-Bereich transparent war? In jedem Fall ist wahrscheinlich eine Art von Gerät erforderlich, um Kämme im mittleren Infrarotbereich zu erzeugen.