Journal Club 2019 | Grupo de estructuras fotónicas de Tanabe

Club de la revista

Por año (abril-diciembre)

EJERCICIO 2019

Presentación :

La generación de solitones mediante fibras y microrresonadores ópticos se utiliza en una amplia gama de campos. Sin embargo, cuando se utiliza una fuente de luz externa, siguen existiendo problemas en cuanto a la coherencia, el control del espaciado de los modos y el funcionamiento a largo plazo. En este estudio, el efecto Kerr óptico se genera utilizando la dispersión Brillouin en el resonador. Con esta técnica, la velocidad de repetición puede variar de GHz a THz sin cambiar la longitud del resonador.

Laser & Photonics Review 13(2) - enero de 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 y Matthew T. Hummon

Presentación :

En los últimos años, los relojes atómicos ópticos han alcanzado una precisión de más de 18 órdenes de magnitud, pero su gran tamaño y el uso de embalajes a granel han impedido su aplicación generalizada. En este estudio, se ha fabricado con éxito un reloj atómico óptico con una estabilidad cercana a 10^-13 utilizando dos micro resonadores ópticos de nitruro de silicio y sílice, un peine de frecuencia bloqueada para generar una señal de reloj y dividir la frecuencia de transición óptica en una célula de vapor de Rb.

Presentación :

Un método factible para integrar varios dispositivos fotónicos de silicio (Si) con longitudes de onda operativas separadas por varios cientos de nanómetros en un único Este trabajo demuestra la integración de dos cristales fotónicos Este trabajo demuestra la integración de dos dispositivos de nanocavidades de cristal fotónico que presentan factores de calidad (Q) ultra elevados y operan en las bandas de 1,31 y 1,55 µm. Los dos patrones de nanocavidades se deﬁnen mediante litografía de haz de electrones en las regiones de sustrato grueso y delgado y se Todas las dimensiones de la nanocavidad fabricada de 1,31 µm son [1]15,5% más pequeñas (1-1,31/1,55) que las de la nanocavidad de 1,55-µm; es decir, se pueden tratar con el mismo diagrama de bandas fotónicas. presentan un Q ultra alto > 2,0×106 y permiten la fabricación de láseres Raman basados en nanocavidades para las bandas de 1,31/1,55-µm con un umbral inferior a los microvatios.

Presentación :

El DP-MZI se ha propuesto como un método para integrar las principales funciones de un peine de frecuencia óptico de microcavidades en un único dispositivo.
Además de generar DKS estables, este enfoque permite controlar fceo y frep.
Los experimentos investigan los efectos de la frecuencia de la bomba y la modulación de la potencia a través de DP-MZI en fceo y frep, seguido de una demostración de la estabilidad a largo plazo de los peines de solitones de microrresonadores.
Además, al referenciar la fibra a través de TWDI, se suprime significativamente la fluctuación de tiempo del solitón com.

Presentación :

Los pulsos ultracortos de los láseres de fibra se utilizan ampliamente en la investigación y la industria de todo el mundo. Aunque tienen muchas ventajas, como la compacidad y el bajo coste, el confinamiento de los pulsos de alta intensidad en las fibras genera efectos no lineales indeseables. En este caso, se fabricó un amplificador basado en un láser de fibra utilizando estos efectos no lineales. La amplificación da lugar a un espectro con un ancho de banda mayor que el de la ganancia y una anchura de pulso de unos 30 fs.

Presentación :

La espectroscopia óptica es una tecnología importante que permite realizar análisis ópticos en diversas disciplinas y áreas de investigación. Con la creciente demanda de miniaturización y mayor resolución de los dispositivos, conseguir ambas cosas ha sido un reto. En este estudio, se fabrica un espectrómetro por transformada de Fourier utilizando una estructura de guía de onda basada en LN-SiN como material, y se verifica una estructura de espectrómetro de alta resolución y compacta en el amplio rango de longitudes de onda de 500 nm en la región NIR.

Presentación :

La realización de un fuerte acoplamiento entre los fonones de alta frecuencia y la luz mediante resonadores puede utilizarse para la transferencia de estados cuánticos y la memoria cuántica. La realización de un fuerte acoplamiento entre los fonones de alta frecuencia y la luz mediante resonadores puede utilizarse para la transferencia de estados cuánticos, la memoria cuántica, la transformación cuántica, etc. Además, también es un campo de interés en la investigación de la física fundamental. Sin embargo, ha sido difícil conseguir un estado fuertemente acoplado en resonadores con modos de vibración de oportunidad por encima de GHz.
En este contexto, este estudio informa del primer acoplamiento fuerte entre la luz y los fonones de RF utilizando la dispersión Brillouin y resonadores de varilla de sílice a 11 GHz.

Presentación :

En este trabajo se propone una estructura para realizar un multiplexor digital totalmente óptico. La estructura propuesta tiene dos entradas, un puerto de control y otro de salida. Mediante el puerto de control, se puede decidir qué puerto de entrada puede conectarse al de salida. La estructura propuesta consistía en dos resonadores anulares de cristal fotónico no lineal, en forma de L y de T, y una guía de ondas recta. La huella total y el tiempo de retardo máximo de la estructura propuesta fueron de 479 um^2 y 3 ps, respectivamente.

Presentación :

Los solitones disipativos de Kerr (DKS) son trenes de pulsos producidos por efectos ópticos no lineales en micro resonadores ópticos y son compatibles con la óptica no lineal y las tecnologías de integración óptica. un tipo de DKS, el cristal de solitón, es un estado de solitón producido por la generación de espectros de peine a intervalos que son múltiplos de fsr, pero su La dinámica no se ha conocido en detalle. En este estudio, la región estable del cristal de solitón se deduce resolviendo la LLE, y los cambios en el estado del cristal de solitón se verifican variando la desintonía y la potencia de la luz de bombeo. Se espera que los resultados se apliquen a la generación de solitones estables.

Presentación :

Las fibras ópticas de sílice son indispensables en las redes internacionales de telecomunicaciones y de IoT debido a su ubicuidad y bajas pérdidas. En este estudio, se fabricaron por primera vez fibras ópticas de sílice monomodo y multimodo mediante impresión 3D. Este método permite diseñar fibras con geometrías que no son posibles con los métodos convencionales de fabricación de fibras ópticas.

Presentación :

Este trabajo informa sobre el filtrado no lineal de trenes de pulsos ópticos basado en solitones Kerr disipativos en microcavidades. Los resultados experimentales, combinados con el análisis y la modelización numérica, muestran que la dinámica de los solitones puede almacenar información sobre el estado físico del sistema durante más tiempo que el tiempo de conservación de la energía de la cavidad, lo que permite obtener anchos de filtro que pueden ser un orden de magnitud mayor que el ancho de línea intrínseco de la cavidad Puede producir. Este filtrado óptico no lineal tiene aplicaciones inmediatas en la metrología óptica y la generación de pulsos ópticos ultracortos con baja fluctuación de tiempo, lo que podría abrir nuevas vías en la fotónica de microondas.

Presentación :

La anchura del pulso en los láseres de estado sólido de pulso ultracorto está limitada por el ancho de banda de oscilación del cristal del láser. Por esta razón, desde hace medio siglo se han realizado esfuerzos para ampliar el ancho de banda de oscilación de la ganancia.
Aquí, informamos de un nuevo método de ensanchamiento espectral utilizando la dispersión Raman inducida, que acorta significativamente la anchura del pulso. El método de bombeo sincrónico se utiliza generalmente para el ensanchamiento espectral mediante la dispersión Raman inducida. En este estudio, el ensanchamiento espectral se consigue utilizando los espectros tanto de la fuente de luz pulsada como de la dispersión Raman. El láser es un láser síncrono de modo de lente Kerr que utiliza Yb:CALGO como cristal láser, y la anchura del pulso se acortó a 1/3 (22 fs) como resultado del ensanchamiento del espectro.

Presentación :

Los láseres aleatorios han atraído tradicionalmente la atención como dispositivos que pueden funcionar sin utilizar una estructura de resonador. Sin embargo, por otro lado, debido a su carácter aleatorio, es difícil predecir y controlar las características del dispositivo. En este estudio se comprobó que controlando la aleatoriedad dada a la estructura del cristal fotónico, es posible controlar varias propiedades incluyendo la longitud de onda de oscilación del láser y el número de modos.

Presentación :

Los circuitos ópticos integrados a gran escala también serán de gran importancia para la comunicación de información cuántica. Sin embargo, la fotónica de silicio y las fuentes monofotónicas se han estudiado a menudo de forma independiente. La razón es la diferencia de materiales, ya que las fuentes de fotones individuales no pueden fabricarse con los materiales que se utilizan habitualmente en la fotónica de silicio, y es inevitable que se necesiten materiales diferentes.
Por lo tanto, en esta presentación se describirá el método adoptado por este grupo de investigación y sus ventajas, introduciendo estudios anteriores que combinan la fotónica de silicio y las fuentes monofotónicas.

Presentación :

Resumen: Los procesos paramétricos ópticos permiten la generación de radiación electromagnética coherente en nuevas longitudes de onda. Esto permite la modulación de la longitud de onda en una amplia gama de longitudes de onda, lo que se espera que encuentre aplicaciones en una variedad de aplicaciones que van desde la espectroscopia hasta el procesamiento de la información cuántica. Sin embargo, las fuentes de luz paramétricas sintonizables existentes tienen inconvenientes que limitan su aplicación. En este trabajo se superan las limitaciones utilizando resonadores microópticos cristalinos de fluoruro de magnesio con valores Q ultra elevados para fabricar dispositivos compactos y eficientes en cuanto a potencia que pueden generar una amplia gama de bandas de ondas laterales modulables. Se investigaron varios resonadores diferentes con perfiles de dispersión diseñados con precisión y se consiguieron bandas de ondas laterales modulables de varios cientos de nanómetros para cada resonador. Además de observar la modulabilidad en las octavas ópticas de 1.083 nm a 2.670 nm, se midió una banda lateral en el infrarrojo medio a 4.000 nm. Se espera que el dispositivo demostrado proporcione una fuente de luz de bajo coste que pueda ser modulada en un amplio rango.

Presentación :

Lo ideal es que los moduladores ópticos presenten bajas pérdidas, baja tensión de accionamiento, gran ancho de banda, alta linealidad, poco espacio y bajos costes de fabricación. Por desgracia, hasta ahora ha sido difícil conseguir muchos de estos índices simultáneamente.
En este estudio, basado en una plataforma híbrida integrada de silicio y niobato de litio, se fabricaron moduladores Mach-Zehnder que cumplen simultáneamente los indicadores mencionados.
La evaluación de las prestaciones demostró que el dispositivo propuesto presenta una pérdida de inserción de 2,5 dB, un producto tensión-longitud de 2,2 V cm en funcionamiento push-pull de accionamiento único, una elevada linealidad, un ancho de banda EO de al menos 70 GHz y velocidades de modulación de hasta 112 Gbit/s.
Con estos resultados, la plataforma propuesta ofrece nuevas posibilidades para las futuras redes de comunicación óptica de alta velocidad, energéticamente eficientes y rentables.

Presentación :

Los resonadores WGM fabricados con medios activos láser actúan como eficientes fuentes de luz coherente. Sin embargo, para conseguir un rendimiento de salida tan elevado, es necesario utilizar una fuente láser costosa con una anchura de pinza, lo que resulta inapropiado para el uso práctico. En este estudio, informamos sobre un resonador WGM que funciona de forma estable a pesar del bombeo con un diodo láser barato. Se han resuelto los problemas del resonador WGM convencional, como la preocupación por los modos de orden superior, la dirección de oscilación, la baja potencia de salida y la estabilidad.

Presentación :

Demostramos una prueba de concepto de la medición de la anchura de pulso basada en la absorción saturable (SAPM) explorando la intensidad dependiente de la no linealidad Demostramos una prueba de concepto de medición del ancho de pulso basada en la absorción saturable (SAPM) explorando la transmisión no lineal dependiente de la intensidad (es decir, la absorción saturable) de los nanotubos de carbono de material de baja dimensión (LDM). Una energía de pulso mínima detectable de 10 fJ con un Pav⋅ Ppk de El grosor a nivel nanométrico y el tiempo de decaimiento a nivel de femtosegundos de los LDM permiten una luz ultrarrápida en un espacio muy reducido, lo que potencialmente permite la caracterización a escala de chip de pulsos ultrarrápidos con una distorsión mínima.

Presentación :

Hay muchos tipos de fenómenos físicos y principios que dan lugar al color. Algunos ejemplos son la absorción óptica en los espectros selectivos de los colorantes, la dispersión y la interferencia en las estructuras periódicas a micro y nanoescala. En este estudio se realiza un nuevo método para crear colores estructurales iridiscentes. Para ello, se han realizado nuevas predicciones teóricas y validaciones utilizando gotas multicapa, polímeros 3D y partículas sólidas. Se demuestra que se pueden diseñar colores estructurales controlables a microescala.

Presentación :

Para acelerar la comunicación y el procesamiento de la información en los chips, es necesario introducir la tecnología fotónica en los circuitos electrónicos que se han desarrollado hasta ahora. El problema es la capacitancia en la parte de conversión EO y OE, donde un valor grande de capacitancia significa que se requiere más carga, lo que resulta en una menor eficiencia de conversión. En este estudio, se utilizaron cristales fotónicos para conseguir una capacitancia ultrabaja. Esto ha permitido fabricar con éxito un modulador EO y un fotorreceptor sin amplificador que funcionan con la energía más baja del mundo. Además, combinando estos dos elementos en un solo chip, se fabricó un transistor OEO de orden femtoFarad, que permite la conversión de la longitud de onda, la amplificación óptica y la conmutación óptica con un consumo de energía ultrabajo.

Presentación :

Presentamos un fotodetector de grafeno para aplicaciones de comunicación de datos basado en una guía de onda de defectos de cristal fotónico de silicio. Además, se utiliza como electrodo de puerta dividida para crear una unión p-n. Además, se utiliza como electrodo de puerta dividida para crear una unión p-n en las proximidades de la región de absorción óptica. La guía de ondas de defectos del cristal fotónico permite una conversión fototermoeléctrica óptima del perfil de temperatura que se produce en el grafeno en una fotovoltaje debido al silicio adicional La guía de onda de defectos de cristal fotónico permite una conversión fototermoeléctrica óptima del perfil de temperatura que se produce en el grafeno en una fotovoltaje debido a las placas de silicio adicionales en ambos lados de la guía de onda, mejorando la respuesta del dispositivo en comparación con un diseño de guía de onda de ranura convencional. Bajo una polarización moderada de 0,4 V se obtiene una respuesta fotoconductora de 0,17 A/W.

Presentación :

Los enlaces fotónicos analógicos requieren una conversión óptica-eléctrica de alta fidelidad y velocidad para aplicaciones como las comunicaciones inalámbricas por fibra, la sincronización en instalaciones kilométricas y la generación de señales electrónicas de bajo ruido. La no linealidad en los fotodetectores es un problema especialmente problemático, ya que provoca una distorsión de la señal y un ruido excesivo en los sistemas que utilizan pulsos ópticos ultracortos. Aquí mostramos que los fotodetectores diseñados para el procesamiento de alta potencia y alta linealidad pueden realizar la conversión óptico-eléctrica de pulsos ópticos ultracortos con una linealidad sin precedentes en un amplio rango de fotocorrientes.
Esta investigación ha dado lugar a una importante mejora del rendimiento con respecto a los fotodiodos más avanzados y a un aumento significativo de la potencia de microondas alcanzable.

Presentación :

Los MIXSEL (láseres de emisión superficial de cavidad externa integrada con bloqueo de modo) son un tipo de láser semiconductor relativamente nuevo. El resonador se construye apilando los medios de ganancia y absorción saturable necesarios para la oscilación del láser y el bloqueo de modo en una sola oblea. A pesar del elevado coste de fabricación, la longitud del resonador puede controlarse mediante el número de capas, lo que permite alcanzar tasas de repetición de 5 GHz a 100 GHz y una potencia de salida de varios 100 mW.
En este estudio, se fabricó un MIXSEL con una tasa de repetición de 2,7 GHz, una anchura de pulso de 150 fs, una anchura espectral de 13 nm (FWHM) y una potencia de salida de 30 mW mediante un método diferente a los métodos de fabricación convencionales y se consiguió mejorando los métodos de compensación de deformación, medio de ganancia y tratamiento térmico. En la presentación se explicará la estructura y el mecanismo del MIXSEL, la comparación con los VECSEL (láseres de emisión superficial de cavidad vertical) y las aplicaciones.

Presentación :

El peine de frecuencias ópticas (microcomb) basado en microresonadores ópticos con tecnología fotónica integrada es una prometedora fuente de luz con una amplia gama de aplicaciones en metrología, comunicaciones y detección. En particular, los resonadores anulares de nitruro de silicio (Si3N4) se han utilizado ampliamente en los últimos años porque cubren tanto la integración como la alta no linealidad.
En este estudio, se generó un microcombo de banda ancha en una octava con una longitud de onda de 767-1556 nm mediante el control de la dispersión de un resonador de nitruro de silicio, bombeado por un láser con una longitud de onda de 1064 nm. Para sintonizar la frecuencia de modo del microcombio, se diseñó un chip que contenía 75 resonadores de anillo de diferentes dimensiones. Esta fuente de peine de frecuencias de un solo chip permite acceder a todas las longitudes de onda, desde la región del infrarrojo cercano hasta la banda de longitud de onda de las telecomunicaciones, lo que es importante para la espectroscopia atómica.

Presentación :

El niobato de litio LN (LiNbO3) es un conocido material óptico con una elevada no linealidad de segundo orden. En particular, existe una larga historia de más de 25 años de investigación sobre las LN para el peinado por efectos electro-ópticos. Sin embargo, los LN no pueden crecer en sustratos de sílice y ha sido difícil generar peines de banda ancha debido a sus desventajas estructurales.
En los últimos años se ha conseguido una técnica para unir LNs en sustratos de sílice, y en este estudio se utilizó una guía de onda de LN en un sustrato de sílice para generar peines en un rango de longitudes de onda muy amplio (1560 nm - 1640 nm) mediante la polarización de un voltaje de microondas. Además, la anchura del peine puede modificarse libremente variando la frecuencia de la tensión de polarización, y esta técnica puede aplicarse a la generación de un peine doble en el chip.

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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.

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