Journal Club 2019 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Nach Jahr (Apr-Dez)

GJ 2019

Präsentation :

Die Erzeugung von Solitonen mit Hilfe von Fasern und mikrooptischen Resonatoren wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt. Wenn jedoch eine externe Lichtquelle verwendet wird, bleiben Probleme in Bezug auf die Kohärenz, die Kontrolle der Modenabstände und den Langzeitbetrieb. In dieser Studie wird der optische Kerr-Effekt durch Brillouin-Streuung im Resonator erzeugt. Mit dieser Technik kann die Wiederholrate von GHz bis THz variiert werden, ohne die Länge des Resonators zu verändern.

Laser & Photonics Review 13(2) - Januar 2019
Zachary L. Newman, Vincent Maurice, Tara Drake, Jordan R. Stone, Travis C. Briles, Daryl T. Spencer, Connor Fredrick, Qing Li, Daron Westly, B. R. Ilic, Boqiang Shen, Myoung-Gyun Suh, Ki Youl Yang, Cort Johnson, David M. S. Johnson, Leo Hollberg, Kerry J. Vahala, Kartik Srinivasan, Scott A. Diddams, John Kitching, Scott B. Papp, und Matthew T. Hummon

Präsentation :

Optische Atomuhren haben in den letzten Jahren eine ultrahohe Genauigkeit von mehr als 18 Größenordnungen erreicht, aber ihre große Größe und die Verwendung von Massenpackungen haben ihre breite Anwendung verhindert. In dieser Studie wurde eine optische Atomuhr mit einer Stabilität nahe 10^-13 erfolgreich hergestellt, indem zwei mikrooptische Resonatoren aus Siliziumnitrid und Siliziumdioxid, ein frequenzverriegelter Kamm zur Erzeugung eines Taktsignals und zur Aufteilung der optischen Übergangsfrequenz in einer Rb-Dampfzelle verwendet wurden.

Präsentation :

Eine praktikable Methode zur Integration mehrerer photonischer Silizium-Bauelemente mit Wellenlängen im Abstand von mehreren hundert Nanometern auf einer einzigen Diese Arbeit demonstriert die Integration von zwei photonischen Kristall Diese Arbeit demonstriert die Integration von zwei photonischen Kristall-Nanokavitäten, die ultrahohe Qualitätsfaktoren (Q) aufweisen und im 1,31- und 1,55-µm-Band arbeiten. Die beiden Nanohohlraummuster werden durch Elektronenstrahllithographie auf den dicken und dünnen Substratbereichen erzeugt und sind Alle Abmessungen der hergestellten 1,31-µm-Nanokavität sind [1]15,5% kleiner (1-1,31/1,55) als die der 1,55-µm-Nanokavität; das heißt, sie können mit demselben photonischen Banddiagramm behandelt werden. weisen einen ultrahohen Q-Wert > 2,0×106 auf und ermöglichen die Herstellung von Raman-Lasern auf der Basis von Nanokavitäten für die 1,31/1,55-µm-Bänder mit einem Schwellenwert von unter einem Mikrowatt.

Präsentation :

DP-MZI wurde als Methode zur Integration der Hauptfunktionen eines optischen Mikrokavitäten-Frequenzkamms in ein einziges Gerät vorgeschlagen.
Neben der Erzeugung stabiler DKS ermöglicht dieser Ansatz auch die Kontrolle von fceo und frep.
In Experimenten werden die Auswirkungen der Modulation von Pumpfrequenz und -leistung mittels DP-MZI auf fceo und frep untersucht, gefolgt von einer Demonstration der Langzeitstabilität der Solitonenkämme des Mikroresonators.
Darüber hinaus wird durch die Referenzierung der Faser über TWDI der Timing-Jitter der Soliton-Com deutlich unterdrückt.

Präsentation :

Ultrakurze Pulse von Faserlasern werden in Forschung und Industrie überall eingesetzt. Sie haben zwar viele Vorteile, wie z. B. Kompaktheit und niedrige Kosten, aber der Einschluss von Impulsen hoher Intensität in Fasern erzeugt unerwünschte nichtlineare Effekte. Hier wurde ein faserlaserbasierter Verstärker hergestellt, der solche nichtlinearen Effekte nutzt. Die Verstärkung führt zu einem Spektrum mit einer Bandbreite, die größer ist als die Verstärkungsbandbreite, und einer Pulsbreite von etwa 30 fs.

Präsentation :

Die optische Spektroskopie ist eine wichtige Technologie zur optischen Analyse in verschiedenen Disziplinen und Forschungsbereichen. Angesichts der zunehmenden Nachfrage nach Miniaturisierung und höherer Auflösung der Geräte war es eine Herausforderung, beides zu erreichen. In dieser Studie wird ein Fourier-Transformations-Spektrometer unter Verwendung einer Wellenleiterstruktur auf der Basis von LN-SiN als Material hergestellt, und es wird eine hochauflösende und kompakte Spektrometerstruktur im breiten Wellenlängenbereich von 500 nm im NIR-Bereich nachgewiesen.

Präsentation :

Die Realisierung einer starken Kopplung zwischen hochfrequenten Phononen und Licht mit Hilfe von Resonatoren kann für die Quantenzustandsübertragung und den Quantenspeicher genutzt werden. Die Realisierung einer starken Kopplung zwischen hochfrequenten Phononen und Licht mit Hilfe von Resonatoren kann für Quantenzustandsübertragung, Quantenspeicher, Quantentransformation usw. genutzt werden. Darüber hinaus ist es auch ein Bereich, der für die physikalische Grundlagenforschung von Interesse ist. Es war jedoch schwierig, einen stark gekoppelten Zustand in Resonatoren mit Gelegenheitsschwingungsmoden über GHz zu erreichen.
In diesem Zusammenhang berichten wir über die erste starke Kopplung zwischen Licht und HF-Phononen unter Verwendung von Brillouin-Streuung und Quarzstabresonatoren bei 11 GHz.

Präsentation :

In diesem Beitrag wurde eine Struktur zur Realisierung eines volloptischen digitalen Multiplexers mit zwei Eingängen, einem Steuer- und einem Ausgangsport vorgeschlagen. Über den Steueranschluss kann man entscheiden, welcher Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss verbunden werden kann. Die vorgeschlagene Struktur bestand aus zwei nichtlinearen photonischen Kristallringresonatoren, L- und T-förmig, und einem geraden Wellenleiter. Die Gesamtgrundfläche und die maximale Verzögerungszeit der vorgeschlagenen Struktur betragen 479 um^2 bzw. 3 ps.

Präsentation :

Dissipative Kerr-Solitonen (DKS) sind Impulsfolgen, die durch nichtlineare optische Effekte in mikrooptischen Resonatoren erzeugt werden und mit nichtlinearer Optik und optischen Integrationstechnologien kompatibel sind. Eine Art von DKS, der Solitonenkristall, ist ein Solitonenzustand, der durch die Erzeugung von Kamm-Spektren in Intervallen erzeugt wird, die ein Vielfaches von fsr sind, aber seine Dynamik ist nicht im Detail bekannt. In dieser Studie wird der stabile Bereich des Solitonenkristalls durch Lösen der LLE abgeleitet, und Änderungen im Solitonenkristallzustand werden durch Variieren der Verstimmung und der Leistung des Pumplichts überprüft. Die Ergebnisse sollen für die Erzeugung stabiler einzelner Solitonen genutzt werden.

Präsentation :

Glasfasern aus Siliziumdioxid sind in internationalen Telekommunikations- und IoT-Netzen aufgrund ihrer Allgegenwärtigkeit und ihres geringen Verlustes unverzichtbar. In dieser Studie wurden zum ersten Mal Singlemode- und Multimode-Lichtwellenleiter aus Siliziumdioxid im 3D-Druckverfahren hergestellt. Mit dieser Methode lassen sich Fasern mit Geometrien entwerfen, die mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Glasfasern nicht möglich sind.

Präsentation :

Diese Arbeit berichtet über die nichtlineare Filterung optischer Pulszüge auf der Basis von zeitdissipativen Kerr-Solitonen in Mikrokavitäten. Experimentelle Ergebnisse in Verbindung mit Analysen und numerischen Modellen zeigen, dass die Solitonendynamik Informationen über den physikalischen Zustand des Systems länger als die Energieerhaltungszeit des Hohlraums speichern kann, wodurch Filterbreiten möglich sind, die um eine Größenordnung größer sein können als die eigentliche Linienbreite des Hohlraums Sie kann produzieren. Eine solche nichtlineare optische Filterung findet unmittelbare Anwendung in der optischen Messtechnik und bei der Erzeugung ultrakurzer optischer Pulse mit geringem Timing-Jitter, was möglicherweise neue Wege in der Mikrowellenphotonik eröffnet.

Präsentation :

Die Pulsbreite von Festkörper-Ultrakurzpulslasern ist durch die Oszillationsbandbreite des Laserkristalls begrenzt. Aus diesem Grund werden seit etwa einem halben Jahrhundert Bemühungen unternommen, die Schwingungsbandbreite der Verstärkung zu erweitern.
Hier berichten wir über eine neue Methode der spektralen Verbreiterung durch induzierte Raman-Streuung, die die Pulsbreite deutlich verkürzt. Die Methode des synchronen Pumpens wird im Allgemeinen für die spektrale Verbreiterung durch induzierte Raman-Streuung verwendet. In dieser Studie wird eine spektrale Verbreiterung erreicht, indem die Spektren sowohl der gepulsten Lichtquelle als auch der Raman-Streuung genutzt werden. Der Laser ist ein Kerr-Linsenmode-Synchronlaser mit Yb:CALGO als Laserkristall, und die Pulsbreite wurde aufgrund der Spektralverbreiterung auf 1/3 (22 fs) verkürzt.

Präsentation :

Zufallslaser haben traditionell die Aufmerksamkeit auf Geräte gelenkt, die ohne Resonatorstruktur betrieben werden können. Andererseits ist es aufgrund ihrer Zufälligkeit schwierig, die Eigenschaften der Geräte vorherzusagen und zu kontrollieren. In dieser Studie wurde nachgewiesen, dass durch die Kontrolle der Zufälligkeit der photonischen Kristallstruktur verschiedene Eigenschaften wie die Wellenlänge der Laserschwingung und die Anzahl der Moden gesteuert werden können.

Präsentation :

Optische integrierte Schaltungen in großem Maßstab werden auch für die Quanteninformationskommunikation von großer Bedeutung sein. Silizium-Photonik und Einzelphotonenquellen wurden jedoch oft unabhängig voneinander untersucht. Der Grund dafür sind die unterschiedlichen Materialien, da Einzelphotonenquellen nicht aus den in der Silizium-Photonik üblichen Materialien hergestellt werden können und zwangsläufig andere Materialien erforderlich sind.
Daher werden in diesem Vortrag die von dieser Forschungsgruppe angewandte Methode und ihre Vorteile beschrieben und frühere Studien vorgestellt, in denen Silizium-Photonik und Einzelphotonenquellen kombiniert wurden.

Präsentation :

Zusammenfassung: Optisch-parametrische Verfahren ermöglichen die Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung bei neuen Wellenlängen. Dies ermöglicht eine Wellenlängenmodulation über einen breiten Wellenlängenbereich, die in einer Vielzahl von Anwendungen von der Spektroskopie bis zur Quanteninformationsverarbeitung zum Einsatz kommen dürfte. Die bestehenden abstimmbaren parametrischen Lichtquellen haben jedoch Nachteile, die ihre Anwendung einschränken. In dieser Arbeit werden diese Beschränkungen durch die Verwendung von kristallinen mikrooptischen Resonatoren aus Magnesiumfluorid mit ultrahohem Q-Wert überwunden, um kompakte und energieeffiziente Bauelemente herzustellen, die ein breites Spektrum an modulierbaren Seitenwellenbändern erzeugen können. Es wurden mehrere verschiedene Resonatoren mit präzise gestalteten Dispersionsprofilen untersucht, und für jeden Resonator wurden modulierbare Seitenwellenbänder von mehreren hundert Nanometern erreicht. Zusätzlich zur Beobachtung der Modulierbarkeit über optische Oktaven von 1.083 nm bis 2.670 nm wurde ein Seitenband im mittleren Infrarot bei 4.000 nm gemessen. Es wird erwartet, dass das demonstrierte Gerät eine kostengünstige Lichtquelle darstellt, die über einen weiten Bereich moduliert werden kann.

Präsentation :

Optische Modulatoren sollten sich idealerweise durch geringe Verluste, niedrige Ansteuerspannung, große Bandbreite, hohe Linearität, geringen Platzbedarf und niedrige Herstellungskosten auszeichnen. Leider ist es bisher schwierig gewesen, viele dieser Indizes gleichzeitig zu erreichen.
In dieser Studie wurden auf der Grundlage einer hybriden integrierten Silizium- und Lithium-Niobat-Plattform Mach-Zehnder-Modulatoren hergestellt, die die oben genannten Indikatoren gleichzeitig erfüllen.
Die Leistungsbewertung zeigte, dass der vorgeschlagene Baustein eine Einfügedämpfung von 2,5 dB, ein Spannungs-Längen-Produkt von 2,2 V cm im Gegentaktbetrieb mit einem Treiber, eine hohe Linearität, eine EO-Bandbreite von mindestens 70 GHz und Modulationsraten von bis zu 112 Gbit/s aufweist.
Mit diesen Ergebnissen bietet die vorgeschlagene Plattform neue Möglichkeiten für künftige schnelle, energieeffiziente und kostengünstige optische Kommunikationsnetze.

Präsentation :

Mit laseraktiven Medien hergestellte WGM-Resonatoren dienen als effiziente kohärente Lichtquellen. Um eine so hohe Ausgangsleistung zu erreichen, muss jedoch eine teure Laserquelle mit einer Zangenbreite verwendet werden, die für den praktischen Einsatz ungeeignet ist. In dieser Studie berichten wir über einen WGM-Resonator, der trotz des Pumpens mit einer kostengünstigen Laserdiode stabil arbeitet. Die Probleme des konventionellen WGM-Resonators, wie z. B. Moden höherer Ordnung, Schwingungsrichtung, geringe Ausgangsleistung und Stabilität, wurden gelöst.

Präsentation :

Wir demonstrieren einen Proof-of-Concept für eine auf sättigbarer Absorption basierende Pulsbreitenmessung (SAPM), indem wir die intensitätsabhängige nichtlineare Wir demonstrieren eine auf sättigbarer Absorption basierende Pulsbreitenmessung (SAPM), indem wir die intensitätsabhängige nichtlineare Transmission (d.h. sättigbare Absorption) von Kohlenstoff-Nanoröhren aus niedrigdimensionalem Material (LDM) untersuchen. Eine minimale nachweisbare Pulsenergie von 10 fJ mit einem Pav⋅ Ppk von Die Dicke im Nanometerbereich und die Abklingzeit im Femtosekundenbereich von LDMs ermöglichen ultraschnelles Licht Wechselwirkung auf kleinstem Raum, was die Charakterisierung ultraschneller Pulse im Chipmaßstab mit minimaler Verzerrung ermöglichen könnte.

Präsentation :

Es gibt viele verschiedene Arten von physikalischen Phänomenen und Prinzipien, die Farbe hervorbringen. Beispiele sind die optische Absorption in selektiven Spektren von Farbstoffen, Dispersion und Interferenz in mikro- und nanoskaligen periodischen Strukturen. In dieser Studie wird eine neue Methode zur Erzeugung schillernder Strukturfarben realisiert. Zu diesem Zweck wurden neue theoretische Vorhersagen und Validierungen unter Verwendung von mehrschichtigen Tröpfchen, 3D-Polymeren und festen Partikeln durchgeführt. Es wird gezeigt, dass kontrollierbare Strukturfarben auf der Mikroskala entworfen werden können.

Präsentation :

Um die Informationskommunikation und die Informationsverarbeitung auf Chips zu beschleunigen, muss die Photonentechnologie in die bisher entwickelten elektronischen Schaltungen integriert werden. Das Problem ist die Kapazität im EO- und OE-Umwandlungsteil, wo ein großer Kapazitätswert bedeutet, dass mehr Ladung erforderlich ist, was zu einer geringeren Umwandlungseffizienz führt. In dieser Studie wurden photonische Kristalle verwendet, um eine extrem niedrige Kapazität zu erreichen. Dies hat zur erfolgreichen Herstellung eines EO-Modulators und eines verstärkerfreien Photoempfängers geführt, die mit der weltweit niedrigsten Energie arbeiten. Darüber hinaus wurde durch die Kombination dieser beiden Elemente auf einem einzigen Chip ein OEO-Transistor mit Femto-Farad-Ordnung hergestellt, der Wellenlängenumwandlung, optische Verstärkung und optisches Schalten bei extrem niedrigem Stromverbrauch ermöglicht.

Präsentation :

Wir stellen einen Graphen-Photodetektor für Datenkommunikationsanwendungen vor, der auf einem photonischen Siliziumkristall-Defektwellenleiter basiert. Außerdem wird sie als Split-Gate-Elektrode zur Herstellung eines p-n-Übergangs verwendet. Darüber hinaus wird sie als Split-Gate-Elektrode verwendet, um einen p-n-Übergang in der Nähe des optischen Absorptionsbereichs zu schaffen. Der photonische Kristalldefekt-Wellenleiter ermöglicht eine optimale photo-thermoelektrische Umwandlung des in Graphen auftretenden Temperaturprofils in eine Photospannung durch zusätzliches Silizium Der photonische Kristalldefekt-Wellenleiter ermöglicht eine optimale photothermoelektrische Umwandlung des in Graphen auftretenden Temperaturprofils in eine Photospannung aufgrund zusätzlicher Siliziumplatten auf beiden Seiten des Wellenleiters, wodurch das Ansprechverhalten des Bauelements im Vergleich zu einem konventionellen Schlitzwellenleiter-Design verbessert wird. Bei einer moderaten Vorspannung von 0,4 V erhalten wir eine photoleitende Empfindlichkeit von 0,17 A/W.

Präsentation :

Analoge photonische Verbindungen erfordern für Anwendungen wie drahtlose Glasfaserkommunikation, Synchronisierung in kilometerlangen Anlagen und rauscharme elektronische Signalerzeugung eine schnelle optische/elektrische Umwandlung mit hoher Genauigkeit. Nichtlinearität in Photodetektoren ist ein besonders lästiges Problem, das in Systemen mit ultrakurzen optischen Impulsen zu Signalverzerrungen und übermäßigem Rauschen führt. Hier zeigen wir, dass Photodetektoren, die für hohe Leistung und hohe Linearität ausgelegt sind, eine optisch-elektrische Umwandlung ultrakurzer optischer Pulse mit beispielloser Linearität über einen breiten Photostrombereich durchführen können.
Diese Forschung hat zu einer erheblichen Leistungsverbesserung im Vergleich zu den modernsten Photodioden und zu einer signifikanten Steigerung der erreichbaren Mikrowellenleistung geführt.

Präsentation :

MIXSELs (mode-locked integrated external cavity surface emitting lasers) sind eine relativ neue Art von Halbleiterlasern. Der Resonator wird durch Stapeln der Verstärkungs- und sättigbaren Absorptionsmedien, die für die Laseroszillation und die Modenkopplung erforderlich sind, auf einem einzigen Wafer hergestellt. Trotz der hohen Herstellungskosten kann die Resonatorlänge über die Anzahl der Schichten gesteuert werden, was Wiederholraten von 5 GHz bis 100 GHz und Ausgangsleistungen von mehreren 100 mW ermöglicht.
In dieser Studie wurde ein MIXSEL mit einer Repetitionsrate von 2,7 GHz, einer Pulsbreite von 150 fs, einer spektralen Breite von 13 nm (FWHM) und einer Ausgangsleistung von 30 mW durch ein Verfahren hergestellt, das sich von den konventionellen Herstellungsmethoden unterscheidet und durch die Verbesserung von Dehnungskompensation, Verstärkungsmedium und Wärmebehandlungsmethoden erreicht wurde. In der Präsentation werden die Struktur und der Mechanismus des MIXSEL, der Vergleich mit VECSELs (vertical cavity surface emitting lasers) und Anwendungen erläutert.

Präsentation :

Optische Frequenzkämme (Mikrokämme), die auf mikrooptischen Resonatoren mit integrierter Photonentechnologie basieren, sind eine vielversprechende Lichtquelle mit einem breiten Spektrum an Anwendungen in den Bereichen Metrologie, Kommunikation und Sensorik. Insbesondere Ringresonatoren aus Siliziumnitrid (Si3N4) sind in den letzten Jahren weit verbreitet, da sie sowohl Integration als auch hohe Nichtlinearität abdecken.
In dieser Studie wurde ein breitbandiger Mikrokamm über eine Oktave mit einer Wellenlänge von 767-1556 nm erzeugt, indem die Dispersion eines Siliziumnitridresonators kontrolliert wurde, der von einem Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm gepumpt wurde. Um die Modenfrequenz des Mikrokamms einzustellen, wurde ein Chip mit 75 Ringresonatoren unterschiedlicher Größe entworfen. Diese Ein-Chip-Frequenzkamm-Quelle ermöglicht den Zugang zu allen Wellenlängen vom nahen Infrarotbereich bis zum Telekommunikationswellenlängenband, was für die Atomspektroskopie wichtig ist.

Präsentation :

Lithiumniobat LN (LiNbO3) ist ein bekanntes optisches Material mit hoher Nichtlinearität zweiter Ordnung. Insbesondere gibt es eine lange Geschichte von mehr als 25 Jahren der Forschung an LN für das Kämmen durch elektro-optische Effekte. LN können jedoch nicht auf Siliziumdioxid-Substraten gezüchtet werden, und die Erzeugung von Breitbandkämmen war aufgrund ihrer strukturellen Nachteile schwierig.
In den letzten Jahren wurde eine Technik für das Bonding von LNs auf Siliziumdioxid-Substraten entwickelt. In dieser Studie wurde ein LN-Wellenleiter auf einem Siliziumdioxid-Substrat verwendet, um Kämme in einem sehr breiten Wellenlängenbereich (1560nm-1640nm) durch Vorspannung einer Mikrowellenspannung zu erzeugen. Darüber hinaus kann die Breite des Kammes durch Variieren der Frequenz der Vorspannung frei verändert werden, und diese Technik kann zur Erzeugung von Doppelkämmen auf dem Chip eingesetzt werden.

Wir werden Sie regelmäßig über die anstehenden Veranstaltungen informieren.
Jeder kann sich anmelden.

Was ist der Journal Club?
Dies ist eine offene Vortragsreihe, die im Tanabe Photonic Structures Laboratory stattfindet. Studenten ab der Postgraduiertenstufe erhalten einen Überblick über Arbeiten aus dem Bereich der Optik und verwandter Technologien wie Photonik, Werkstoffe, Biowissenschaften usw. und können diese auf leicht verständliche Weise erklären.

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Die Teilnahme an den Vorlesungen ist kostenlos, sowohl auf dem Campus als auch außerhalb. Die Konferenz wird regelmäßig stattfinden. Wenn Sie also an einem der Themen interessiert sind, kommen Sie bitte vorbei. Sie brauchen sich nicht anzumelden, aber wenn Sie sich im Voraus mit uns in Verbindung setzen, werden wir die Unterlagen für Sie vorbereiten.

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