Journal Club 2020 | Grupo de estructuras fotónicas de Tanabe

Club de la revista

Por año (abril-diciembre)

EL AÑO FISCAL 2020.

Presentación :

El resonador WGM tiene simetría quiral, y no es fácil controlar la salida óptica en las direcciones CW y CCW. En este trabajo se desarrolla una fuente microláser que utiliza la ruptura de simetría variando la intensidad de la luz de bombeo. Aquí se logró experimentalmente una relación de selección de casi 160:1 en la dirección CW, y este sistema robusto y reconfigurable podría utilizarse como una nueva plataforma en el futuro.

Presentación :

Con los espectros ópticos igualmente espaciados por las frecuencias en el dominio de las microondas o la radiofrecuencia, los peines de frecuencias ópticas se han utilizado no sólo para sintetizar frecuencias ópticas a partir de referencias de microondas, sino también para generar microondas de ruido ultrabajo mediante la división de frecuencias ópticas. En este estudio se demuestra la generación de microondas de bajo ruido basada en una novedosa técnica de división de frecuencias mediante la combinación de dos peines de frecuencias: un microcombinado de solitones y un peine de semiconductores con conmutación de ganancia. Un láser semiconductor accionado por una corriente sinusoidal y bloqueado por inyección a un solitón de microcavidad se utiliza para bloquear la pureza espectral del solitón disipador a un múltiplo entero de la frecuencia de repetición del microcombinado. El peine de conmutación de ganancia emite un espectro óptico denso que divide el espacio entre líneas del microcombinado de solitones. Debido a su potencial de integración, la integración de los dos dispositivos a escala de chip allana el camino para una amplia gama de aplicaciones de la tecnología de peine de frecuencia.

Presentación :

Los filtros de RF de última generación basados en microcombos requieren formadores de impulsos, lo que aumenta el coste, el espacio y la complejidad del sistema. En este trabajo, demostramos un filtro de RF basado en peines que utiliza peines de solitones y no requiere un conformador de pulsos adicional. Además, se pueden aplicar muchos estados de microcombinación (peine de solitón simple, peine de dos solitones y cristal de solitón perfecto) para reconfigurar fácilmente el filtro de RF.

Presentación :

Los sistemas con no linealidad saturable aportan una variedad de fenómenos que no se encuentran en los sistemas lineales. En este estudio, se demuestra teórica y experimentalmente la no linealidad saturable (absorción y ganancia saturables) de los iones Er añadidos a una microcavidad de sílice. Los resultados muestran que para bajas concentraciones de adición, el modelo aislado concuerda bien con los resultados experimentales y puede utilizarse como descripción básica para el análisis de las no linealidades saturables en el caso de altas concentraciones de adición. Sin embargo, para el caso de altas concentraciones de adición, se encontró que el efecto de agrupación de los iones Er también debe ser tenido en cuenta para obtener un acuerdo razonable con los datos experimentales. Por lo tanto, se varió la concentración de iones y se evaluó experimentalmente la no linealidad saturable. Los resultados experimentales son altamente consistentes con la teoría, incluyendo la biestabilidad óptica y la simetría paridad-tiempo no lineal. Los resultados sugieren la posibilidad de otras aplicaciones de la teoría basada en las no linealidades saturables, como la biestabilidad óptica y la simetría paridad-tiempo no lineal.

Presentación :

El control a largo plazo de la fase de la envolvente de la portadora (CEP) de los láseres con bloqueo de modo es una técnica esencial para aplicaciones como la óptica ultrarrápida y la medición de precisión. En este trabajo, se estabilizó con éxito el CEP de un láser Er:Yb con bloqueo de modo con una precisión inferior a 14 mrad durante más de 75 horas utilizando un sistema de control que combina el control a corto plazo mediante un método de avance y el control a largo plazo mediante un método de retroalimentación. También se evaluó el rendimiento del sistema de control frente a los cambios en el entorno externo.

Presentación :

Los detectores monofotónicos de nanohilos superconductores (SNSPD) son actualmente la tecnología líder de recuento monofotónico en longitudes de onda del infrarrojo cercano, con eficiencias superiores a 901 TP2T, fluctuaciones de <3 ps, tiempos de reposición de unos pocos ns y tasas de recuento oscuro inferiores a Hz. Sin embargo, a diferencia de los Sensores de Borde de Transición Superconductores (TES) y los Detectores de Inductancia Mecánica de Microondas (MKID), el SNSPD carece de resolución del número de fotones. En este trabajo, se utiliza la adaptación de impedancia con una línea de transmisión cónica para proporcionar una impedancia de carga de kΩ al SNSPD sin enclavamiento mientras se conecta la electrónica de lectura a 50 Ω, haciendo que la amplitud de salida del SNSPD sea sensible al número de puntos calientes inducidos por los fotones y permitiendo un número de fotones más práctico resolución es posible.

Presentación :

Las técnicas de aprendizaje automático, como las redes neuronales, han atraído la atención como poderosas herramientas para los problemas inversos de las nanoestructuras. Sin embargo, debido a la complejidad de la relación entre las nanoestructuras y sus propiedades ópticas, la solución óptima no suele ser única, lo que puede provocar problemas de convergencia del algoritmo. En este trabajo, se utiliza un algoritmo llamado red de densidad de la mezcla para analizar este problema y se aclara su utilidad.

Presentación :

Los peines ópticos de automóviles tienen el potencial de convertirse en un componente importante de los sistemas de comunicación de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), y recientes experimentos han demostrado su potencial para la comunicación de alta velocidad a decenas de Tbit/s. Sin embargo, la potencia de salida de las fuentes de peine a escala de chip suele ser inferior a la convencional, lo que requiere amplificadores adicionales y compromete la relación señal/ruido óptica (OSNR). Este artículo examina el impacto de la potencia del peine y la relación portadora-ruido óptica (OCNR) en el rendimiento de la tecnología WDM. Además, se investiga el impacto de las variaciones de potencia entre líneas en la OSNR y la capacidad de transmisión alcanzables utilizando peines de solitones como ejemplo especialmente interesante. Esto puede ayudar a comparar diferentes tipos de fuentes de peine y a compararlas con respecto al rendimiento de transmisión alcanzable.

Presentación :

La oscilación paramétrica óptica no lineal es posible en los resonadores microópticos debido a su bajo volumen de modo y su alto valor Q. Un aspecto importante de estos estudios es el control de la frecuencia de resonancia relativa. Los métodos convencionales para los resonadores de nitruro de silicio han sintonizado los modos resonantes globales variando el área de la sección transversal del resonador de anillo. Este método puede no ser adecuado cuando se van a introducir procesos no lineales en competencia. Se presenta una solución a este problema en la que se utiliza la división de modos selectivos múltiples (MSMS) para sintonizar las frecuencias de resonancia objetivo.

Presentación :

Los microláseres ajustables en longitud de onda en el rango de la luz visible desempeñan un papel importante en la tecnología de iluminación, las pantallas y la detección. Sin embargo, se sabe que la mayoría de los microláseres sintonizables en longitud de onda funcionan en modo multimodo. En este estudio, la emisión RGB se obtuvo añadiendo una sustancia con ganancia en la región de la luz visible a un resonador WGM. Además, se desarrolló un láser monomodal sintonizable en longitud de onda mediante el acoplamiento de estos resonadores para extraer sólo longitudes de onda específicas.

Presentación :

Los solitones cursor disipativos proporcionan peines de frecuencia de banda ancha y bajo ruido y trenes de pulsos temporales estables, y muestran grandes aplicaciones potenciales en espectroscopia, comunicaciones y metrología. Los solitones de respiración son un tipo específico de solitón cur disipativo en el que la anchura del pulso y la intensidad del pico presentan oscilaciones periódicas. Aquí se investigan los solitones de cur disipación de la respiración en microrrestos de nitruro de silicio (Si3N4), y tanto las simulaciones como los experimentos muestran que el periodo de respiración tiene una incertidumbre del orden de unos megahercios (MHz). Esta inestabilidad es un gran obstáculo para futuras aplicaciones. Aplicando una señal de modulación al láser de bombeo, la frecuencia de respiración puede bloquearse por inyección a la frecuencia de modulación y sintonizarse a decenas de MHz o más con una supresión significativa del ruido de frecuencia. Nuestros resultados proporcionan un punto de entrada secundario para controlar la dinámica de los solitones en las microcavidades y abren nuevas vías para las aplicaciones prácticas de los solitones respiratorios.

Presentación :

Entre los efectos ópticos no lineales, la dispersión Brillouin inducida muestra la mayor ganancia en los materiales sólidos y ha demostrado las capacidades fotónicas avanzadas en las guías de ondas. Por otra parte, la eficacia de la dispersión Brillouin inducida podría mejorarse aún más utilizando la gran compresibilidad del gas. En este trabajo se utiliza una fibra de núcleo hueco rellena de gas a alta presión para conseguir una amplificación Brillouin más de seis veces superior a la observada con la fibra de sílice sólida. Esta técnica puede aplicarse a cualquier banda de longitud de onda, lo que sugiere que se pueden amplificar varios tipos de luz en guías de onda de núcleo hueco. Además, se ha implementado un láser de fibra Brillouin de bajo umbral y un sensor de temperatura distribuido de alto rendimiento utilizando este mecanismo, lo que demuestra nuevas aplicaciones potenciales de las fibras huecas.

Presentación :

En los últimos años, los microcombos son capaces de alcanzar altas tasas de repetición de hasta 1 THz, lo que supone ventajas en muchos ámbitos, como la multiplexación de longitudes de onda, el muestreo coherente y la autorreferencia. Sin embargo, la detección a tales velocidades de repetición es difícil debido al limitado ancho de banda de los fotodiodos y la electrónica. En este trabajo, se presenta un método de división de frecuencia Vernier de doble peine ("método de división de frecuencia Vernier de doble peine") para resolver este problema. Utiliza un solitón vernier de 216 GHz de funcionamiento libre y muestrea y divide la frecuencia de repetición del solitón principal de 197 GHz a 995 MHz. Esta demostración relaja los requisitos de equipamiento para la detección de frecuencias de repetición en microordenadores y tiene aplicaciones en diversos campos, como los relojes ópticos y la fotónica de microondas.

Presentación :

Aunque se espera que los microcombos se utilicen en diversas aplicaciones, su escasa eficiencia energética y su dificultad de control han obstaculizado su desviación al mundo real. Aquí se realiza experimentalmente un solitón quiral, un ágil interruptor de encendido y apagado y un peine dual sintonizable, introduciendo un medio de ganancia láser (iones de erbio) en un microcombinado de solitones. Al sintonizar la ganancia de erbio, se pueden generar estados multisolitónicos, ampliando el régimen de capacidad de los solitones.

Presentación :

La sintonía fina continua (ajuste fino de las longitudes de onda) de los procesos no lineales en los resonadores de modo de galería de susurros (WGM) está aún en sus inicios. La sintonía fina se consiguió ampliando un dispositivo piezoeléctrico con un resonador WGM integrado compuesto por cristales de niobato de litio. Las ventajas de esta técnica son una menor dispersión y una mayor velocidad que el ajuste fino térmico. En este trabajo se consigue una sintonización continua sin saltos de modo de la luz de bombeo cerca de 1 µm utilizando esta técnica, con generación de segundo armónico en el rango de 28 GHz y oscilación óptica paramétrica en el rango de 4,5 GHz.

Presentación :

Se propone y se demuestra experimentalmente que la simetría PT puede implementarse en el espacio de la longitud de onda, un parámetro no espacial. Se diseñó un OEO (Oscilador Óptico de Microondas) con espacio de longitud de onda y simetría PT para generar señales de microondas de alta calidad. Se demostró que la eliminación del solapamiento espacial reduce la complejidad del sistema y mejora significativamente la estabilidad en comparación con los sistemas espacialmente PT-simétricos.

Presentación :

El uso de luz ultravioleta coherente en el vacío en un estado de polarización circular permite observar fenómenos instantáneos como el estado de espín de los electrones y la estructura molecular de los organismos vivos, y se espera que permita descubrir nuevos fenómenos y características que nunca se han visto antes. Sin embargo, es difícil controlar la luz en la región ultravioleta del vacío y ha sido difícil generar luz pulsada circularmente polarizada coherente. Este artículo describe el desarrollo de un método sencillo para convertir la luz polarizada circularmente en la región ultravioleta del vacío mediante la irradiación de luz láser de femtosegundo polarizada circularmente en la región de la luz visible en un cristal fotónico cuádruplemente simétrico en rotación.

Presentación :

Experimentos de transmisión de datos de 100 GBd con esquemas de modulación OOK y PAM4 para un modulador Mach-Zehnder híbrido de silicio-orgánico con una baja pérdida de inserción por desplazamiento de fase de 0,7 dB, con velocidades de línea de hasta 200 Gbit/s. La tasa de errores de bit está por debajo del umbral de corrección de errores de decisión dura (HD-FEC) del 7%, lo que da como resultado una tasa de datos neta de 187 Gbit/s. Se trata de la mayor velocidad de datos PAM4 jamás alcanzada con un modulador Mach-Zehnder fotónico de silicio de menos de 1 mm.

Presentación :

El funcionamiento rápido de la frecuencia del láser es un requisito previo para el bloqueo de fase, la estabilización de la frecuencia y la transmisión estable en la portadora óptica. Los microcombos de solitones se han demostrado a nivel de sistema como fuentes de luz de peine de frecuencia a escala de chip, pero hasta ahora no se ha logrado el bloqueo de fase en la banda de operación de MHz en el chip. En este estudio, se realiza la actuación de microcombos de solitones de alta velocidad utilizando actuadores de AlN integrados monolíticamente.

Presentación :

La transparencia inducida por ondas electromagnéticas (EIT), un efecto de interferencia cuántica que inhibe la absorción de la luz en un medio opaco, ha encontrado una amplia gama de aplicaciones, como la generación de luz lenta, el almacenamiento óptico, la conversión de frecuencia y la memoria óptica cuántica. En este estudio, se consigue la EIT en un nuevo sistema que no requiere un control externo de la temperatura o de la potencia óptica mediante el control de la dirección de propagación de la luz en el resonador.

Presentación :

El nitruro de aluminio (AlN) es una plataforma muy atractiva en el campo de la óptica no lineal, ya que presenta fuertes efectos ópticos no lineales Pockels y Kerr y una brecha de banda muy grande. En este trabajo se fabrican por primera vez mediante fotolitografía microcavidades de AlN bien grabadas e integradas sobre zafiro con altos valores Q (2,1×10^6) en el modo TE00: un peine Kerr que abarca casi una octava en el rango de 1100 a 2150 nm se excita a una potencia de 406 mW desde el TM00 con una potencia de 406 mW. Debido al alto rendimiento de confinamiento, un modo de orden superior, el modo TE10, también excita peines de automóviles que abarcan 1270-1850 nm a una potencia de 316 mW. Además, se observó una conversión de frecuencia a luz visible debido a la generación de armónicos durante la generación del peine Kerr. El presente estudio es prometedor para la construcción de una plataforma no lineal integrada a gran escala y de bajo coste basada en AlN.

Presentación :

En los últimos años, la investigación ha hecho posible la generación de peines de frecuencia mediante circuitos integrados fotónicos compatibles con CMOS. Sin embargo, los microcombos de solitones desarrollados actualmente han sido difíciles de utilizar en la fotónica de microondas porque operan a velocidades de repetición muy superiores a las que puede detectar la electrónica convencional. En este trabajo, demostramos un microcombinado de solitones que opera en dos bandas de microondas muy utilizadas, la banda X (~10 GHz) y la banda K (~20 GHz). Los peines generados por los láseres de fibra de bajo ruido producen señales de microondas con niveles de ruido de fase comparables a los de los modernos osciladores electrónicos de microondas. Además, una tasa de repetición de solitones tan baja es importante para la generación de futuros canales multiplexados por división de longitud de onda de alta densidad, que podrían tener diversas aplicaciones.

Presentación :

Los láseres Raman basados en resonadores WGM integrados han permitido muchas aplicaciones que van desde las telecomunicaciones hasta la biodetección. Estos dispositivos utilizan el alto valor Q del resonador WGM para compensar la inherente baja ganancia Raman de la sílice, permitiendo la oscilación láser por dispersión Raman inducida a umbrales inferiores a los mW. Sin embargo, para realizar un láser de dispersión Raman anti-Stokes con el mismo efecto óptico no lineal, la baja ganancia Raman de la sílice da lugar a una baja eficiencia de oscilación. En este estudio, el rendimiento del dispositivo se mejoró añadiendo metal al resonador. Como resultado, la eficiencia de oscilación del láser del SRS se incrementó en un factor de 10 o más, y el umbral de sub-mW y la eficiencia del SARS también se mejoraron.

Presentación :

Un concentrador solar luminiscente (LSC) es un dispositivo de gestión de fotones que puede recoger, dirigir y concentrar la luz solar en pequeñas áreas, permitiendo Sin embargo, la pérdida intrínseca de fotones a través del llamado En este trabajo, introducimos un método sencillo y de bajo coste En este trabajo, introducimos un enfoque sencillo y de bajo coste para la fabricación de un filtro de cristal fotónico (PC) macroporoso tridimensional (3D) como reflector de fotones eficiente, que puede ser recubierto Demostramos que al controlar la banda de reflexión del PC para que coincida con el perfil de emisión de los emisores QD, el La eficiencia de captura de luz del LSC recubierto de PC (PC-LSC) puede mejorar significativamente de 73,3% a 95,1% en comparación con el Además, hemos desarrollado un modelo de simulación que tiene en cuenta el efecto reflector del PC. Los resultados experimentales y de simulación muestran que la mejora del rendimiento del dispositivo LSC inducida por el reflector PC aumenta con el incremento de De hecho, los datos de simulación predicen un aumento máximo de 13,3 veces en la eficiencia cuántica externa (EQE) y el factor de concentración (C Además, el resultado de la simulación ofrece una visión de la relación entre la salida de fotones Nuestro estudio arroja luz sobre el futuro diseño y fabricación de dispositivos LSC con fotones mejorados eficiencia de captación y concentración mediante reflectores de fotones novedosos y selectivos en cuanto a la longitud de onda.

Presentación :

El estudio de las interacciones y la multiplexación entre los solitones cursor disipativos ha sido muy activo en los últimos años. Las moléculas de solitones, en las que diferentes solitones están unidos entre sí, son útiles para estudiar las interacciones entre solitones. La formación de moléculas de solitones en el interior de los microrresonadores ópticos sólo se ha observado en el caso de las moléculas de solitones homonucleares, en las que los solitones se unen entre sí con una separación relativamente amplia (al menos más amplia que la anchura del solitón) debido a las ondas dispersivas. Algunos ejemplos son los multisolitones y los cristales de solitones.
En este trabajo se confirma la formación de moléculas de solitones heteronucleares, en las que los solitones se unen entre sí con un espacio más estrecho (aproximadamente la anchura de un solitón o menos) que antes debido a la modulación de fase mutua entre solitones con diferentes velocidades de grupo. Los espectros de las moléculas de solitones heteronucleares muestran una estructura diferente a la de los solitones ordinarios y se espera que se apliquen en diversos campos.

Presentación :

Los cristales fotónicos de valle (VPhC) son una plataforma atractiva para implementar guías de ondas ópticas topológicamente protegidas en circuitos integrados fotónicos (PIC). La realización de modos de luz lentos en guías de onda topológicas podría conducir a una mayor miniaturización y funcionalización de los PIC. En este artículo se presenta un método para realizar guías de ondas topológicas de luz lenta en VPhCs basados en losas de semiconductores.

Presentación :

Se han realizado muchos estudios sobre interruptores totalmente ópticos que utilizan cristales fotónicos. El silicio y los semiconductores III-V (InGaAsP) se utilizan a menudo como cristales fotónicos, pero en este estudio se realizó la conmutación utilizando cristales fotónicos de Si y nanocables de InAsP/InP para aprovechar las ventajas de ambos.

Presentación :

Demuestra que un único carcom de pulso oscuro puede generar una relación de ruido lo suficientemente alta como para transmitir 1,84 Pbit/s de datos. Esto se consiguió con 223 WDM modulados con 32 Gbaud, DP-QAM sobre fibra de 37 núcleos.

Presentación :

En los últimos años, los microcombos de frecuencia en resonadores microópticos han alcanzado una precisión que se aproxima a la de los peines de frecuencia láser gracias a diferentes fenómenos físicos. Sin embargo, hasta ahora no se ha logrado una investigación en tiempo real del origen de los fenómenos dinámicos y la estabilidad de alta potencia de los microcombos. En este estudio se aclara la dinámica de transición del microcombinado desde el estado caótico hasta el bloqueo de modo. Además, se propone un resonador controlado por dispersión como nueva plataforma para entender la dinámica de los resonadores rápidos y conseguir microcombos de alta potencia.

Presentación :

Los absorbentes saturables se han utilizado para generar pulsos de alta velocidad, y los espejos absorbentes saturables de semiconductores (SESAM), el grafeno y los nanotubos de carbono se han utilizado ampliamente, pero en los últimos años se han desarrollado nuevos absorbentes saturables. En el presente estudio, se demostraron por primera vez pulsos con bloqueo de modo utilizando tetróxido férrico como absorbente saturable y se midieron sus características.

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¿Qué es el Journal Club?
Se trata de una serie de conferencias abiertas que se celebran en el Laboratorio de Estructuras Fotónicas de Tanabe. Los estudiantes del nivel de posgrado y superior estudian los trabajos relacionados con la óptica y las tecnologías relacionadas, como la fotónica, los materiales, la biociencia, etc., y los explican de forma fácil de entender.

Sobre la auditoría
La asistencia a las conferencias es gratuita, tanto si se encuentra dentro como fuera del campus. La conferencia se celebrará periódicamente, así que si está interesado en alguno de los temas, no dude en acudir. No es necesario avisar para asistir, pero si se pone en contacto con nosotros con antelación, le prepararemos el material.

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