Journal Club 2024 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

By fiscal year (April-December)

Fiscal Year 2024

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量子揺らぎは散逸性カー・ソリトンのパルス列にジッターを与え，いくつかのアプリケーションに影響を与える．本論文ではAlGaAsベースの微小共振器を用いてダークパルスを発生させ，その量子デコヒーレンスを計測した．また量子限界コヒーレンスをブライトソリトンと比較した際，ダークパルスの方が優れていることを明確に示した（具体的な数値としてはジッターのスペクトル密度がダークパルスの方が同条件で発生させたブライトソリトンよりも13dB低い．）．本研究は散逸性カー・ソリトンの重要な性能評価を確立するものである．．

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通信帯域で動作するエルビウムイオンドープリチウムニオブ酸（LN）マイクロキャビティレーザーは、最近大きな注目を集めています。しかし、その変換効率とレーザー閾値には、まだ大幅に改善の余地があります。ここでは、紫外線リソグラフィー、アルゴンイオンエッチング、化学機械研磨プロセスを使用して、エルビウム-イッテルビウム共ドープLN薄膜をベースにしたマイクロディスクキャビティを作製しました。エルビウム-イッテルビウム共ドーピングによる利得係数の改善の恩恵を受けて、980 nm帯の光ポンプ下で作製したマイクロディスクで、超低閾値（約1 μW）と高変換効率（1.8 × 10^-3%）のレーザー放射が観測されました。この研究は、LN薄膜レーザーの性能を改善するための効果的な参考資料となります。

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この論文ではWGM微小光共振器において，一方向のポンプを用いて双方向ラマンソリトンコムを，初めて実験的に実証した．ラマン利得の双方向性を考慮した理論モデルを構築し，正常分散領域で駆動するポンプを用い，異常分散領域において発生する，前方・後方伝播ラマンsech²形ソリトンの解析解を見出した．ラマンソリトンは損失とCW波（両方向で等しい）からのラマン増幅，さらに分散とカー効果のバランスによって成り立つのでその安定性についても述べられている．

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本論文は、正常分散を持つ集積Si3N4マイクロ共振器において、レーザー自己注入同期を用いたプラチコンマイクロコム生成を実証しています。これは、従来の分散エンジニアリングを必要とする異常分散ベースのDKSマイクロコム生成とは対照的なアプローチです．論文では、市販のDFBレーザーをSi3N4チップに結合し、レーザー電流を調整するだけで、多様なプラチコン状態を直接生成できることを示しています。自己注入同期により、レーザーは通常は不安定な離調点でロックされ、安定したプラチコン生成が可能になります。プラチコンマイクロコムは、DKSマイクロコムと比較して光スペクトル幅は狭いものの、高いエネルギー変換効率を示し、可視波長域でも利用できる可能性があります。本研究は、自己注入同期を用いることで、プラチコンマイクロコム生成を簡素化し、CMOS互換プラットフォーム上での集積化を促進する道を開くものです．

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安定したTHｚ周波数の高強度な超短パルス列（フェムト秒からピコ秒）の生成は、光と物質の相互作用を研究することや測定，超高速通信のために必要である。固体電気励起レーザでは、短パルスを発生させる主な方法は受動モード同期である。しかし、受動モード同期はテラヘルツ領域ではまだ実現されておらず、過去20年間にわたる長年の目標のひとつとなっている。

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本研究では，狭い線幅と光アイソレーションを兼ね備えた完全オンチップのレーザシステムを実証した．低Qのオンチップレーザーに対して高QのSiN微小リング共振器を用いて自己注入同期（SIL）とアイソレーションを単一のCMOS互換チップ上で組み合わせることにより，高電力でも強力なフィードバックを提供できるデバイスを製造した．このシステムは集積DFBレーザを14dBパッシブにアイソレーションすると同時に，周波数ノイズを25～35dB低減することができ，ターンキーの信頼性で動作する．

Nat. Commun. 15, 7614 (2024).
Markus Ludwig, Furkan Ayhan, Tobias M. Schmidt, Thibault Wildi, Thibault Voumard, Roman Blum, Zhichao Ye, Fuchuan Lei, François Wildi, Francesco Pepe, Mahmoud A. Gaafar, Ewelina Obrzud, Davide Grassani, Olivia Hefti, Sylvain Karlen, Steve Lecomte, François Moreau, Bruno Chazelas, Rico Sottile, Victor Torres Company, Victor Brasch, Luis G. Villanueva, François Bouchy, and Tobias Herr

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宇宙探査における分光測定には正確な周波数の較正が必要であり，光周波数コムはその特徴から周波数のリファレンスとしての利用が期待されている．しかし，一般に短波長側に近づくにつれて材料分散の正常分散性が強まるために，紫外光の帯域においてコムによる周波数較正は困難であった．本研究では，ニオブ酸リチウム(LN)の周期構造の設計によって第四高調波発生を効率よく起こすことで193THz中心のEOコムから800THz前後に広がるUVコムの発生を実証した．さらに，SiN微小共振器を用いたマイクロコムでも同様の高調波発生を実証した．本研究の成果に加え，更なるノイズの低減やスペクトルの整合性の向上を実現することで，通信波長帯のポンプ光から可視光-紫外光間のギャップが無い連続的なスペクトルを得ることができ，紫外線精密分光を実現するための新たな手法の可能性が示される

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この論文では、Kerr マイクロコムを利用したリアルタイムのビデオ画像処理装置を提案しました。提案した画像処理装置は 17 テラビット/秒の処理能力を備えており、約 400,000 のビデオ信号を同時に処理できます。また画像のエッジ検出、エッジ強調、モーションブラーなど 34種類の画像処理機能を同時に実行することが可能です。ビデオ画像処理装置は、RF フォトニックフィルタを基盤として構築されています。本研究では、ソリトン結晶マイクロコムを用いています。このコムは、95 個の波長を生成することで、超並列処理の基盤として機能し、各チャネルは64 ギガボー (ピクセル/秒) の速度で動作します。今後はロボットビジョンや機械学習への応用が期待されています。

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本論文では，誘導ブリルアン散乱(SBS)を利用したマイクロ波フォトニックフィルタを提案した．単一レーザから分けられたポンプ光とプローブ光のサイドバンドを干渉させることでフィルタを実現し，最大100dBの消光比と最大50ns遅延応答を達成した．また，QAM信号を送信し，干渉信号を抑制する効果を確認した．このフィルタは，13dBmの低電力で動作し，複雑なシステム構成が不要であるため，今後のフォトニックフィルタの設計に大きく影響することが期待されている．

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空間系におけるインコヒレントな光ニューラルネットワークアクセラレータを構成した．LED光源と空間光変調器を用いて光による行列積計算を実装し，電気回路と同時に実装することで，活性化関数の実装を含めたニューラルネットの多重化を容易にした． 500kHzの動作速度で原理実証を行い，MNIST分類問題で約92%と高い正答率を示した．また低消費電力性に優れ，商用のGPUに匹敵することができると示した．今後の高速化，大規模化，集積化が見込める．

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本研究では単色のポンプデュアルモードマイクロ共振器を用いた50 GHzデュアルマイクロコム生成の新たなアプローチを実証した．この方法は小型化と統合の実現において大きな可能性を持ち，他の材料プラットフォームにも応用可能である．本研究では数値シミュレーションと実験測定の両方が行われた．TE10モードからの熱効果を活用することで，TE00モードのソリトン存在範囲を1.7 MHzから740 MHzに増加させた．これにより圧電周波数スイープや遅い温度制御を用いたソリトン励起手順が簡素化される．さらに，相互にコヒーレントなソリトン，プライマリーマイクロコムおよび非コヒーレントなソリトン，カオスマイクロコムのデュアルマイクロコムは，スペクトル分析とRFビートノート測定の両方で検証された．．さらに，本研究で提示された方法は，カー・マイクロコム生成におけるマイクロ共振器モードの相互作用メカニズムを研究するための動機付けとして機能する可能性もある．．

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楕円形のマイクロディスクのような変形した微小共振器を用いることは微小共振器レーザにおける自由空間放出の解決策になることはよく知られている．しかしながら共振器を変形させることはQ値を低下させ，結果的に出力を弱くすることに繋がる．この問題を解決するアプローチとして，変形した微小共振器の構造による出力強度への負の影響を補償する高効率のゲイン媒質を使用することがある．本研究では，レーザー利得媒体として優れたレーザー結晶材料Nd:YAGを採用し、軌道長半径15μm、偏心率0.15の楕円マイクロディスクレーザーの作製に成功した。励起光に808nmレーザーを用いることで、スロープ効率1.7％、最大出力58μWという驚異的な自由空間レーザー発振を実現した。本研究は、変形マイクロ共振器レーザーの応用の発展に貢献するものである。

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本研究では，Si上に直接成長させた量子ドットレーザーを用いて，ターンキーで外部共振器同期（ECL）が可能なセルフインジェクションロック（SIL）レーザーのコヒーレンスを実現した．この高性能量子ドット・レーザーは，スケーラブルで低コストのヘテ

ロエピタキシャル集積プラットフォームを提供する．さらに，量子ドットレーザーのカオスフリーな性質は，低Q値の外部共振器を用いたECL下で16Hzのローレンツ線幅を可能にし，従来の量子井戸（QW)レーザーに比べて周波数ノイズをさらに1桁改善すThe following is a list of the most common problems.

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元来，微小共振器を用いたソリトンの発生には非線形効果に釣り合う分散が必要とされてきた．本研究ではこれに代わる新たな手法として，スペクトルフィルタリングによるソリトンの発生について，実験，計算の両面から検討した．結果として，この手法によるソリトンは分散を用いて発生させたソリトンよりスペクトル間隔が密であり，さらにエネルギーがパルス持続時間に制限されないという特徴を持つことが明らかになった．この発見は前例のない特徴を持つ散逸性ソリトンや周波数コムを生成するための新たな手法につながることが期待される.

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無線技術の進展に伴い，レーダー高度計と5Gネットワーク間の干渉など，深刻な電波干渉が懸念されている．モバイルトランシーバーは時間とともに異なる比率で信号を混合するため，従来のデジタル信号処理では高い遅延がボトルネックとなっている．本論文では，この課題を解決するために，システム・オン・チップのフォトニックプロセッサを提案する．このプロセッサはアナログ領域での信号を15ピコ秒以下の低遅延で処理し，電子回路の処理速度を大幅に上回る．さらに，プロセッサを補完するコンパクトなFPGAベースの電子ペリフェラルが，リアルタイムで分離重みを更新し，プロセッサが携帯型デバイスとしての実用性を有する．実験的には，レーダー高度計と移動体通信という2つのシナリオにおいて，伝送エラーの抑制と信号対雑音の維持を実証した．

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本論文では、フォトニック集積回路（PIC）を活用したディープラーニングの行列演算の効率化に向けて、シリコンマイクロリング共振器（MRR）を用いた対称型光学クロスバーアレイを提案し、実証しました。従来の光学アクセラレータでは、非対称構造によって挿入損失に不均衡が生じるという課題がありましたが、本研究ではこれを克服するために対称構造の光学アクセラレータを製作し、性能の改善を図りました。また提案した4×4 MRRクロスバーアレイは、アヤメの花分類タスクにおいて93.3%の精度を達成、誤差逆伝搬法を用いたニューラルネットワークの学習後も91.1%の精度を維持しました。さらに、手書き数字認識タスクでは、9×9 MRRクロスバーアレイを用いた畳み込み演算が高い性能を示し、優れた結果を得ることができました。

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Whispering gallery mode(WGM)microtoroidal resonancevessel is the most sensitive biochemical sensor in existence.1It is one,Single molecules can be detected.The main barriers to getting these devices out of the lab are,Light evanes to these devices via tapered optical fibers.cent bonding. This makes the taper fragile,They suffer from mechanical vibration and require precise positioning.In this study, light is injected into the toroid via free-space coupling,Observing scattered light eliminates the need for optical fibers.Digital Micromirror Devices(DMD)and combinations,Observation of light injection and scattered light by combining a distance objective lens,and imaging. With this approach,Electromagnetic induced permeability with indirect coupling in free space(EIT)and Fano co.The first time we were able to observe the sounding of the By this,This enables improved sensing sensitivity. Large effective coupling area(numerical aperture (in photography)=0.14Diameter in~10μm)By,Accurate positioning is not required. This system andFLOWER (Frequency Locked Whispering Evanescent Resonator)Combination of methods,Sensing performance was verified by conducting temperature sensing experiments.While adjusting input powerFLOWERBy tracking the resonance of theand thermal nonlinear optical effects. This study,WGMmicrotto expand the implementation of Lloyd's resonators to real-world applications.We believe it will be the foundation.

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In this study, the boson peak is taken into account in silica micro optical resonators.Theoretical Raman-induced self-frequency shift of dissipative cur-solitons in theThe results were studied. As a result, we found thatThe boson peak significantly increases the self-frequency shift of the soliton andthan the shift due to the Lorenz response for a given pulse duration.The results also show that the contribution of theAlso, the Raman shock time reconstructed by this is relatively long palThe results of this study showed that the pulse width is also related to the pulse width in the case of a pulse width of 1.5 ms. In addition, theContinuous waves in the background interfering with the soliton cause the soliton to self-frequency shiftThe results also showed that the number ofThis theoretical and simulation result is based on thePrevious experiments in silica-based cursor soliton microcombsvalues are very consistent with the values of the

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In this paper,Yb3+/Er3+Amplified spontaneous release of co-added silica microspherescoming out(ASE)Excitation by light sourceTuned lasers were studied.ASEUse of lightAnd in,Microcavity coupling clauses in the process of broadband tuningAvoiding synchronization of cases,Practical applications of tunable lasers with microcavities are facilitated.The first time I saw him, he was a very good friend of mine.Yb3+/Er3+In co-doped silica microspheres, the central wavelength1μm(at sentence-end, falling tone) indicates a confident conclusionASEBecause the light source is insensitive to polarization, about1595nm(at sentence-end, falling tone) indicates a confident conclusionStable single-mode lasers were generated.For all-optical modulation of the laser's mode, the magnetronCopper thin film was coated by sputtering.The heating control of microspheres and linear tuning of the laser mode are,by the copper film incident from the stem of the microsphere.ASEReal by absorption of lightRevealed. The tuning range was190 GHzreached the

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Super Continuum (SC)The light source is a broadband, coherent white pulsed light source.A single light source covers a wide range of wavelengths for spectral analysis andOCT(lessening the significance or value of the previous word) the likes ofThe new system can be used for the following purposes. Until now, it has not been possible toSCLight source generation generally involves the use of stonesEnglish fiber is used.2400nmCovers wavelengths aboveI couldn't do it.In recent years, nanostructures have allowed graded indices (GRIN)A method to realize fiber has been proposed.Fibers can now be made from materials with large nonlinearities and wide transmission bandwidths.The research was carried out in the following way. In this study, telluriteGRINCreate multimode fiber and，790~2900nm(at sentence-end, falling tone) indicates a confident conclusionSCThe results show that the new method successfully generates theThe result of thisSCLow-energy light sources, andIt paves the way for wavelength extension to the infrared.

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lithium niobate(LN)is the same asStrong confinement of modes to nanoscale waveguides, andAt the same time, second-order nonlinearities are large, dispersion control is easy, andIt has excellent features such as phase matching using periodic structure.The platform is a platform that is not aOn the other hand, for the demonstration of frequency combs with small walk-off conditionsIt is unexplored. In this paper, we will discuss theLNBroadband using thin-film dispersion controlThe generation of an optical frequency comb at the center wavelength1560nmand780nmThe demonstration will be conducted in the following two cases. In this demonstration, we have demonstrated that each of the wavelength bands has a80nm,12nmbandwidth was achieved.This result paves the way for secondary soliton generation.

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Random bit generators are used for information security, cryptography, andIt is important in stochastic models and simulations.Currently, random bit generation requires the use ofSpeed and scalability are issues. In this study, we used theBased on a single microring resonator, 100 Tbit/A massively parallel scheme for s-scale ultra-fast random bit generation.Proposal. Modulation instability (MI) in a microring resonatorBy using chaos.com byHundreds of independent random bitstreams without bias simultaneouslyThe system is capable of generating In the proof-of-concept experiment, the2 Tbit/ with only 7 comb lines.The results show that it is possible to generate random bitstreams exceeding 1.5 s.This bit rate is the same as that of theCan be easily improved by increasing the number of com wires usedThe approach of this research is to develop a new method for secure communication and high-performance computation. The approach taken in this study is to develop a new method for secure communication and high-performance computation.Very fast and scalable chip-scale random biThe new system is a new generation of the "C" type.

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It produces a single self-locked Raman soliton andTuning the relative threshold power between OPO and induced Raman scatteringBy,Different spectral dynamics of the frequency combs were characterized.Wide RF linewidth (320 kHz) via Raman scattering photonssech2It is possible to generate enveloping Raman comUnder certain conditions, theSimultaneously, spontaneous and deterministic generation of a single Raman soliton is achievedThe soliton is a single soliton that has been self-locked. This self-locked single soliton is,Generated without an external locking mechanism, theIt was maintained for more than 2 hours. Also,Bu requiring FSR suitable for SBS generation in microcavities.In contrast to the liruan soliton, theRaman solitons have no such constraints, andThe possibility of generating solitons with various repetition rates.This study was conducted byThe first experiment to produce a single self-locked Raman soliton, the...

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Demonstrated integrated chip-scale OFD (optical frequency division), veryLow noise
Millimeter wave generation is realized. Planar waveguide base with large mode volumeThe coil resonator of
Phase stability is ensured by using a waveguide-coupled microcavity, and a waveguide-coupled microcavity is used to generateliving solitonma
The frequency division was performed from optical to millimeter-wave frequencies using an ICROCOM. The generatedof the 100 GHz signal that was
As the phase noise, the previously reported SiN-based microwave andMore than two orders of magnitude lower than
The noise level is -114 dBc/Hz at an offset frequency of 10 kHz.The first time the bells were reached.
The integration of millimeter-wave generation is a blurring of communication, radar, and sensing systems.Ixlue and
This device will be used for semiconductor lasers and amplifiers in the future.Instrument, Photo Detectors
The ability to heterogeneously integrate with other types of materials and to use them in a wide range of applications is expected.

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Kerr soliton generation by silicon nitride (SiN) andThe system integrates a silicon (Si) modulator, dispersion compensator, and receiver.WDM communication over single-mode fiber was demonstrated. 1.68Tbit/The transmission speed of 1.5 s was achieved, and dispersion compensation at 40 km SMF was reduced to 1/1 of that of commercial transceivers.The number of bits per second has been successfully reduced to 6. In the future, 10Tbit/The potential to achieve data rates in excess of 1.5 s is a significant advantage of this technology, and it is expected to be used in the future.It is expected to improve the efficiency of interconnection in data centers, etc.