Journal Club 2019 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

EXERCICE 2019

Présentation :

La génération de solitons à l'aide de fibres et de micro-résonateurs optiques est utilisée dans un grand nombre de domaines. Cependant, lorsqu'une source de lumière externe est utilisée, des problèmes subsistent en termes de cohérence, de contrôle de l'espacement des modes et de fonctionnement à long terme. Dans cette étude, l'effet Kerr optique est généré en utilisant la diffusion Brillouin dans le résonateur. Cette technique permet de faire varier le taux de répétition de GHz à THz sans modifier la longueur du résonateur.

Laser & Photonics Review 13(2) - Janvier 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, et Matthew T. Hummon

Présentation :

Les horloges atomiques optiques ont atteint une précision ultra-élevée de plus de 18 ordres de grandeur au cours des dernières années, mais leur grande taille et l'utilisation d'un emballage en vrac ont empêché leur application généralisée. Dans cette étude, une horloge atomique optique d'une stabilité proche de 10^-13 a été fabriquée avec succès en utilisant deux micro-résonateurs optiques en nitrure de silicium et en silice, un peigne à verrouillage de fréquence pour générer un signal d'horloge et pour diviser la fréquence de transition optique dans une cellule à vapeur de Rb.

Présentation :

Une méthode réalisable pour intégrer plusieurs dispositifs photoniques en silicium (Si) avec des longueurs d'onde de fonctionnement séparées de plusieurs centaines de nanomètres sur un seul et même support est disponible. Ce travail démontre l'intégration de deux dispositifs à nanocavité en cristal photonique Ce travail démontre l'intégration de deux dispositifs à nanocavité en cristal photonique qui présentent des facteurs de qualité (Q) très élevés et fonctionnent dans les bandes de 1,31 et 1,55 µm. Les deux motifs de nanocavité sont définis par lithographie par faisceau d'électrons sur les régions épaisses et minces du substrat et sont Toutes les dimensions de la nanocavité de 1,31 µm fabriquée sont [1]15.5% plus petites (1 Toutes les dimensions de la nanocavité de 1,31 µm fabriquée sont [1]15,5% plus petites (1,31/1,55) que celles de la nanocavité de 1,55 µm ; elles peuvent donc être traitées avec le même diagramme de bande photonique. Ils présentent un Q ultra élevé > 2,0×106 et permettent la fabrication de lasers Raman à nanocavité pour les bandes 1,31/1,55-µm avec un seuil inférieur au microwatt.

Présentation :

La méthode DP-MZI a été proposée pour intégrer les principales fonctions d'un peigne de fréquence optique à microcavité dans un seul dispositif.
En plus de générer des DKS stables, cette approche permet de contrôler fceo et frep.
Les expériences étudient les effets de la modulation de la fréquence et de la puissance de la pompe via DP-MZI sur fceo et frep, suivies d'une démonstration de la stabilité à long terme des peignes de soliton du micro-résonateur.
En outre, en référençant la fibre via TWDI, la gigue temporelle du soliton com est considérablement supprimée.

Présentation :

Les impulsions ultracourtes des lasers à fibre sont largement utilisées dans la recherche et l'industrie partout dans le monde. Bien qu'ils présentent de nombreux avantages tels que leur compacité et leur faible coût, le confinement d'impulsions de haute intensité dans des fibres génère des effets non linéaires indésirables. Ici, un amplificateur basé sur un laser à fibre a été fabriqué en utilisant ces effets non linéaires. L'amplification produit un spectre avec une largeur de bande plus large que la largeur de bande du gain et une largeur d'impulsion d'environ 30 fs.

Présentation :

La spectroscopie optique est une technologie importante qui permet l'analyse optique dans diverses disciplines et domaines de recherche. Avec la demande croissante de miniaturisation et de résolution plus élevée des dispositifs, la réalisation de ces deux objectifs constitue un défi. Dans cette étude, un spectromètre à transformée de Fourier est fabriqué à l'aide d'une structure de guide d'ondes basée sur le matériau LN-SiN, et une structure de spectromètre compacte et à haute résolution est vérifiée dans la large gamme de longueurs d'onde de 500 nm dans la région du proche infrarouge.

Présentation :

La réalisation d'un couplage fort entre les phonons à haute fréquence et la lumière à l'aide de résonateurs peut être utilisée pour le transfert d'état quantique, la mémoire quantique, la transformation quantique, etc. La réalisation d'un couplage fort entre les phonons à haute fréquence et la lumière à l'aide de résonateurs peut être utilisée pour le transfert d'état quantique, la mémoire quantique, la transformation quantique, etc. En outre, il s'agit également d'un domaine d'intérêt pour la recherche en physique fondamentale. En outre, il s'agit également d'un domaine d'intérêt pour la recherche en physique fondamentale. Cependant, il a été difficile d'obtenir un état fortement couplé dans les résonateurs dont les modes de vibration d'opportunité sont supérieurs à GHz.
Dans ce contexte, nous rapportons le premier couplage fort entre la lumière et les phonons RF en utilisant la diffusion Brillouin et des résonateurs à tige de silice à 11 GHz.

Présentation :

Dans cet article, nous avons proposé une structure pour réaliser un multiplexeur numérique tout optique. La structure proposée a deux entrées, un port de contrôle et un port de sortie. En utilisant le port de contrôle, on peut décider quel port d'entrée peut être connecté au port de sortie. La structure proposée se compose de deux résonateurs en anneau à cristal photonique non linéaire, en forme de L et en forme de T, et d'un guide d'ondes droit. L'encombrement total et le temps de retard maximal de la structure proposée étaient respectivement de 479 um^2 et de 3 ps.

Présentation :

Les solitons de Kerr dissipatifs (DKS) sont des trains d'impulsions produits par des effets optiques non linéaires dans des micro-résonateurs optiques, qui sont compatibles avec l'optique non linéaire et les technologies d'intégration optique. Les cristaux de solitons, un type de DKS, sont des états de solitons produits par la génération de spectres en peigne à des intervalles multiples de fsr, mais leur dynamique n'est pas connue en détail. La dynamique des cristaux de solitons n'est pas connue en détail. Dans cette étude, la région stable du cristal de soliton est dérivée en résolvant la LLE, et les changements dans l'état du cristal de soliton sont vérifiés en faisant varier le désaccord et la puissance de la lumière de la pompe. Les résultats devraient être appliqués à la génération de solitons simples stables.

Présentation :

Les fibres optiques en silice sont indispensables dans les télécommunications internationales et les réseaux IoT en raison de leur omniprésence et de leur faible perte. Dans cette étude, des fibres optiques en silice monomodes et multimodes ont été fabriquées par impression 3D pour la première fois. Cette méthode permet de concevoir des fibres avec des géométries qui ne sont pas possibles avec les méthodes conventionnelles de fabrication de fibres optiques.

Présentation :

Cet article porte sur le filtrage non linéaire de trains d'impulsions optiques basé sur des solitons Kerr dissipatifs dans des microcavités. Les résultats expérimentaux combinés à l'analyse et à la modélisation numérique montrent que la dynamique des solitons peut stocker des informations sur l'état physique du système plus longtemps que le temps de conservation de l'énergie de la cavité, ce qui permet de filtrer des largeurs qui peuvent être un ordre de grandeur plus grandes que la largeur de ligne intrinsèque de la cavité. Il peut produire. Un tel filtrage optique non linéaire a des applications immédiates en métrologie optique et dans la génération d'impulsions optiques ultracourtes avec une faible gigue temporelle, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles voies dans la photonique des micro-ondes.

Présentation :

La largeur d'impulsion des lasers à impulsions ultracourtes à l'état solide est limitée par la largeur de bande d'oscillation du cristal laser. C'est pourquoi on s'efforce depuis près d'un demi-siècle d'élargir la largeur de bande d'oscillation du gain.
Nous présentons ici une nouvelle méthode d'élargissement spectral utilisant la diffusion Raman induite, qui raccourcit considérablement la largeur d'impulsion. La méthode de pompage synchrone est généralement utilisée pour l'élargissement spectral à l'aide de la diffusion Raman induite. Dans cette étude, l'élargissement spectral est obtenu en utilisant les spectres de la source de lumière pulsée et de la diffusion Raman. Le laser est un laser synchrone à mode lentille de Kerr utilisant Yb:CALGO comme cristal laser, et la largeur d'impulsion a été réduite à 1/3 (22 fs) en raison de l'élargissement du spectre.

Présentation :

Les lasers aléatoires ont traditionnellement attiré l'attention en tant que dispositifs pouvant être utilisés sans utiliser de structure de résonateur. Cependant, en raison de leur caractère aléatoire, il est difficile de prédire et de contrôler les caractéristiques du dispositif. Dans cette étude, il a été vérifié qu'en contrôlant le caractère aléatoire donné à la structure du cristal photonique, il est possible de contrôler diverses propriétés du laser, y compris sa longueur d'onde d'oscillation et le nombre de ses modes.

Présentation :

Les circuits intégrés optiques à grande échelle seront également d'une grande importance pour la communication d'informations quantiques. Cependant, la photonique du silicium et les sources de photons uniques ont souvent été étudiées indépendamment l'une de l'autre. En effet, les sources de photons uniques ne peuvent pas être fabriquées à partir des matériaux couramment utilisés en photonique sur silicium, et des matériaux différents sont inévitablement nécessaires.
Par conséquent, dans cette présentation, la méthode adoptée par ce groupe de recherche et ses avantages seront décrits, en introduisant des études antérieures combinant la photonique du silicium et les sources de photons uniques.

Présentation :

Résumé : Les processus paramétriques optiques permettent de générer un rayonnement électromagnétique cohérent à de nouvelles longueurs d'onde. Cela permet de moduler la longueur d'onde sur une large gamme de longueurs d'onde, ce qui devrait trouver des applications dans une variété d'applications allant de la spectroscopie au traitement de l'information quantique. Cependant, les sources de lumière paramétrique accordables existantes présentent des inconvénients qui limitent leur application. Dans cet article, ces limitations sont surmontées en utilisant des résonateurs micro-optiques cristallins en fluorure de magnésium avec des valeurs Q ultra-élevées pour fabriquer des dispositifs compacts et économes en énergie qui peuvent générer une large gamme de bandes d'ondes latérales modulables. Plusieurs résonateurs différents avec des profils de dispersion conçus avec précision ont été étudiés et des bandes d'ondes latérales modulables de plusieurs centaines de nanomètres ont été obtenues pour chaque résonateur. Outre l'observation de la modulabilité sur des octaves optiques allant de 1 083 nm à 2 670 nm, une bande latérale dans l'infrarouge moyen a été mesurée à 4 000 nm. Le dispositif démontré devrait constituer une source de lumière peu coûteuse pouvant être modulée sur une large plage.

Présentation :

Les modulateurs optiques devraient idéalement présenter une faible perte, une faible tension d'entraînement, une large bande passante, une grande linéarité, un faible encombrement et de faibles coûts de fabrication. Malheureusement, il a été jusqu'à présent difficile d'atteindre simultanément plusieurs de ces indices.
Dans cette étude, basée sur une plate-forme hybride intégrée en silicium et en niobate de lithium, des modulateurs Mach-Zehnder ont été fabriqués de manière à satisfaire simultanément les indicateurs susmentionnés.
L'évaluation des performances a démontré que le dispositif proposé présente une perte d'insertion de 2,5 dB, un produit tension-longueur de 2,2 V cm en fonctionnement push-pull à entraînement unique, une linéarité élevée, une largeur de bande EO d'au moins 70 GHz et des taux de modulation allant jusqu'à 112 Gbit/s.
Grâce à ces résultats, la plateforme proposée offre de nouvelles possibilités pour les futurs réseaux de communication optique à grande vitesse, efficaces sur le plan énergétique et rentables.

Présentation :

Les résonateurs WGM fabriqués avec des milieux actifs laser agissent comme des sources de lumière cohérente efficaces. Cependant, pour obtenir une performance de sortie aussi élevée, il est nécessaire d'utiliser une source laser coûteuse avec une largeur de pince, ce qui n'est pas approprié pour une utilisation pratique. Dans cette étude, nous présentons un résonateur WGM qui fonctionne de manière stable malgré un pompage avec une diode laser bon marché. Les problèmes du résonateur WGM conventionnel, tels que les préoccupations concernant les modes d'ordre supérieur, la direction d'oscillation, la faible puissance de sortie et la stabilité, ont été résolus.

Présentation :

Nous démontrons une mesure de largeur d'impulsion basée sur l'absorption saturable (SAPM) en explorant la transmission non linéaire dépendante de l'intensité. Nous démontrons une mesure de largeur d'impulsion basée sur l'absorption saturable (SAPM) en explorant la transmission non linéaire dépendante de l'intensité (c.-à-d. l'absorption saturable) des nanotubes de carbone de matériaux de faible dimension (LDM). Une énergie d'impulsion détectable minimale de 10 fJ avec un Pav⋅ Ppk de 1,3 ×L'épaisseur de l'ordre du nanomètre et le temps de décroissance de l'ordre de la femtoseconde des MLD permettent une interaction lumineuse ultrarapide sur une très petite surface, ce qui est un facteur clé dans la détection de la lumière ultrarapide. Les LDM permettent une interaction lumineuse ultrarapide sur une très petite surface, ce qui permet potentiellement de caractériser les impulsions ultrarapides à l'échelle de la puce avec un minimum de distorsion.

Présentation :

Il existe de nombreux types de phénomènes et de principes physiques qui donnent naissance à la couleur. Les exemples incluent l'absorption optique dans les spectres sélectifs par les colorants, la dispersion et l'interférence dans les structures périodiques à micro- et nano-échelle. Cette étude propose une nouvelle méthode pour créer des couleurs structurelles iridescentes. À cette fin, de nouvelles prédictions et validations théoriques ont été faites en utilisant des gouttelettes multicouches, des polymères 3D et des particules solides. Il est démontré que des couleurs structurelles contrôlables peuvent être conçues à l'échelle microscopique.

Présentation :

Afin d'accélérer la communication et le traitement de l'information sur les puces, il est nécessaire d'introduire la technologie photonique dans les circuits électroniques développés jusqu'à présent. Le problème est la capacité dans la partie de conversion EO et OE, où une grande valeur de capacité signifie qu'une plus grande charge est nécessaire, ce qui entraîne une efficacité de conversion plus faible. Dans cette étude, des cristaux photoniques ont été utilisés pour réaliser une capacité ultra-faible. Il en résulte un modulateur EO qui fonctionne avec l'énergie la plus faible au monde et un photorécepteur sans amplificateur. En outre, en combinant ces deux éléments sur une seule puce, un transistor OEO d'ordre femtoFarad a été fabriqué, permettant la conversion de longueur d'onde, l'amplification optique et la commutation optique avec une consommation d'énergie ultra-faible.

Présentation :

Nous présentons un photodétecteur en graphène pour les applications de télécommunication de données, basé sur un guide d'ondes à défauts en cristal photonique de silicium. En outre, il est utilisé comme électrode à grille séparée pour créer une jonction p-n. En outre, elle est utilisée comme électrode à grille divisée pour créer une jonction p-n à proximité de la région d'absorption optique. Le guide d'ondes à cristaux photoniques permet une conversion photo-thermoélectrique optimale du profil de température qui se produit dans le graphène en une tension photoélectrique due au silicium additionnel. Le guide d'ondes à défauts en cristal photonique permet une conversion photo-thermoélectrique optimale du profil de température dans le graphène en une tension photoélectrique grâce à des dalles de silicium supplémentaires de part et d'autre du guide d'ondes, ce qui améliore la réponse du dispositif par rapport à un guide d'ondes à fentes conventionnel. Sous une polarisation modérée de 0,4 V, nous obtenons une réactivité photoconductrice de 0,17 A/W.

Présentation :

Les liaisons photoniques analogiques nécessitent une conversion optique-électrique haute fidélité et à grande vitesse pour des applications telles que les communications sans fil par fibre, la synchronisation dans des installations à l'échelle du kilomètre et la génération de signaux électroniques à faible bruit. La non-linéarité dans les photodétecteurs est un problème particulièrement gênant, qui entraîne une distorsion du signal et un bruit excessif dans les systèmes utilisant des impulsions optiques ultracourtes. Nous montrons ici que les photodétecteurs conçus pour un traitement à haute puissance et une linéarité élevée peuvent effectuer la conversion optique-électrique d'impulsions optiques ultracourtes avec une linéarité sans précédent sur une large gamme de photocourants.
Cette recherche a permis d'améliorer considérablement les performances par rapport aux photodiodes de pointe et d'augmenter sensiblement la puissance des micro-ondes réalisables.

Présentation :

Les MIXSELs (lasers à cavité externe intégrée émettant en surface) sont un type relativement nouveau de laser à semi-conducteur. Le résonateur est construit en empilant les milieux de gain et d'absorption saturable nécessaires à l'oscillation du laser et au verrouillage de mode sur une seule tranche. Malgré le coût de fabrication élevé, la longueur du résonateur peut être contrôlée par le nombre de couches, ce qui permet d'obtenir des taux de répétition de 5 GHz à 100 GHz et une puissance de sortie pouvant atteindre plusieurs centaines de mW.
Dans cette étude, un MIXSEL avec une fréquence de répétition de 2,7 GHz, une largeur d'impulsion de 150 fs, une largeur spectrale de 13 nm (FWHM) et une puissance de sortie de 30 mW a été fabriqué par une méthode différente des méthodes de fabrication conventionnelles et obtenu en améliorant la compensation de la déformation, le milieu de gain et les méthodes de traitement thermique. La structure et le mécanisme du MIXSEL, la comparaison avec les VECSEL (lasers à cavité verticale émettant par la surface) et les applications seront expliqués au cours de la présentation.

Présentation :

Le peigne de fréquences optiques (microcomb) basé sur des micro-résonateurs optiques utilisant la technologie photonique intégrée est une source de lumière prometteuse avec une large gamme d'applications en métrologie, communications et détection. En particulier, les résonateurs annulaires en nitrure de silicium (Si3N4) ont été largement utilisés ces dernières années parce qu'ils couvrent à la fois l'intégration et la non-linéarité élevée.
Dans cette étude, un micropeigne à large bande sur une octave avec une longueur d'onde de 767-1556 nm a été généré en contrôlant la dispersion d'un résonateur en nitrure de silicium, pompé par un laser d'une longueur d'onde de 1064 nm. Pour accorder la fréquence du mode du micropeigne, une puce contenant 75 résonateurs annulaires de différentes dimensions a été conçue. Cette source de peigne de fréquence à puce unique permet d'accéder à toutes les longueurs d'onde, de l'infrarouge proche à la bande de longueur d'onde des télécommunications, ce qui est important pour la spectroscopie atomique.

Présentation :

Le niobate de lithium LN (LiNbO3) est un matériau optique bien connu qui présente une non-linéarité de second ordre élevée. En particulier, il existe une longue histoire de plus de 25 ans de recherche sur les LN pour le peignage par effets électro-optiques. Cependant, les LN ne peuvent pas être cultivés sur des substrats de silice et il a été difficile de générer des peignes à large bande en raison de leurs inconvénients structurels.
Ces dernières années, une technique de collage des LN sur des substrats de silice a été mise au point et, dans cette étude, un guide d'ondes LN sur un substrat de silice a été utilisé pour générer des peignes dans une très large gamme de longueurs d'onde (1560nm-1640nm) en polarisant une tension à micro-ondes. En outre, la largeur du peigne peut être modifiée librement en faisant varier la fréquence de la tension de polarisation, et cette technique peut être appliquée à la génération de peignes doubles sur puce.

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