Journal Club 2020 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

FY2020.

Présentation :

Le résonateur WGM présente une symétrie chirale et il n'est pas facile de contrôler la sortie optique dans les directions CW et CCW. Dans cet article, une source microlaser est développée en utilisant la rupture de symétrie en faisant varier l'intensité de la lumière de pompage. Un rapport de sélection de près de 160:1 dans la direction CW a été obtenu expérimentalement, et ce système robuste et reconfigurable pourrait être utilisé comme nouvelle plateforme à l'avenir.

Présentation :

Avec des spectres optiques également espacés par des fréquences dans le domaine des micro-ondes ou des radiofréquences, les peignes de fréquences optiques ont été utilisés non seulement pour synthétiser des fréquences optiques à partir de références micro-ondes, mais aussi pour générer des micro-ondes à très faible bruit par le biais de la division des fréquences optiques. Dans cette étude, la génération de micro-ondes à faible bruit basée sur une nouvelle technique de division de fréquence est démontrée en combinant deux peignes de fréquence : un micropeigne à soliton et un peigne à semi-conducteur à commutation de gain. Un laser à semi-conducteur entraîné par un courant sinusoïdal et verrouillé par injection à un soliton de microcavité est utilisé pour verrouiller la pureté spectrale du soliton dissipateur à un multiple entier de la fréquence de répétition du micropeigne. Le peigne à gain commuté produit un spectre optique dense qui divise l'espacement des lignes du microcombinateur de solitons. En raison de son potentiel d'intégration, l'intégration des deux dispositifs à l'échelle de la puce ouvre la voie à une large gamme d'applications de la technologie des peignes de fréquence.

Présentation :

Les filtres RF actuels à base de microcombres nécessitent des façonneurs d'impulsions, ce qui augmente le coût, l'encombrement et la complexité du système. Dans ce travail, nous démontrons un filtre RF à base de peignes qui utilise des peignes de soliton et ne nécessite pas de façonneur d'impulsions supplémentaire. En outre, de nombreux états de micropeigne (peigne à soliton unique, peigne à deux solitons et cristal à soliton parfait) peuvent être appliqués pour reconfigurer facilement le filtre RF.

Présentation :

Les systèmes à non-linéarité saturable présentent une variété de phénomènes que l'on ne trouve pas dans les systèmes linéaires. Dans cette étude, la non-linéarité saturable (absorption et gain saturables) des ions Er ajoutés à une microcavité de silice est démontrée théoriquement et expérimentalement. Les résultats montrent que pour de faibles concentrations d'addition, le modèle isolé est en accord avec les résultats expérimentaux et peut être utilisé comme description de base pour l'analyse des non-linéarités saturables dans le cas de concentrations d'addition élevées. Cependant, dans le cas de concentrations d'ajout élevées, il a été constaté que l'effet de regroupement des ions Er doit également être pris en compte pour obtenir un accord raisonnable avec les données expérimentales. Par conséquent, la concentration d'ions a été modifiée et la non-linéarité saturable a été évaluée expérimentalement. Les résultats expérimentaux sont très cohérents avec la théorie, y compris la bistabilité optique et la symétrie parité-temps non linéaire. Les résultats suggèrent la possibilité d'autres applications de la théorie basée sur les non-linéarités saturables, telles que la bistabilité optique et la symétrie parité-temps non linéaire.

Présentation :

Le contrôle à long terme de la phase de l'enveloppe de la porteuse (CEP) des lasers à verrouillage de mode est une technique essentielle pour des applications telles que l'optique ultrarapide et les mesures de précision. Dans cet article, la PEC d'un laser à verrouillage de mode Er:Yb a été stabilisée avec succès avec une précision inférieure à 14 mrad pendant plus de 75 heures à l'aide d'un système de contrôle qui combine le contrôle à court terme par une méthode de rétroaction et le contrôle à long terme par une méthode de rétroaction. Les performances du système de contrôle ont également été évaluées en fonction des changements de l'environnement externe.

Présentation :

Les détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs (SNSPD) sont actuellement la principale technologie de comptage de photons uniques aux longueurs d'onde de l'infrarouge proche, avec des rendements supérieurs à 901 TP3T, une gigue de <3 ps, des temps de réinitialisation de quelques ns et des taux de comptage d'obscurité inférieurs à Hz. Cependant, contrairement aux capteurs supraconducteurs à bord de transition (TES) et aux détecteurs à induction mécanique hyperfréquence (MKID), le SNSPD ne dispose pas d'une résolution en nombre de photons. Dans cet article, l'adaptation d'impédance avec une ligne de transmission conique est utilisée pour fournir une impédance de charge de kΩ au SNSPD sans verrouillage tout en connectant l'électronique de lecture à 50 Ω, ce qui rend l'amplitude de sortie du SNSPD sensible au nombre de points chauds induits par les photons et permet une résolution du nombre de photons plus pratique. est possible.

Présentation :

Les techniques d'apprentissage automatique telles que les réseaux neuronaux ont attiré l'attention en tant qu'outils puissants pour les problèmes inverses des nanostructures. Toutefois, en raison de la complexité de la relation entre les nanostructures et leurs propriétés optiques, la solution optimale n'est souvent pas unique, ce qui peut entraîner des problèmes de convergence pour l'algorithme. Dans cet article, un algorithme appelé Mixture density network est utilisé pour analyser ce problème et son utilité est clarifiée.

Présentation :

Les peignes de voiture optiques sont susceptibles de devenir un élément important des systèmes de communication par multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), et des expériences récentes ont démontré leur potentiel pour les communications à grande vitesse à des dizaines de Tbit/s. Toutefois, la puissance de sortie des sources de peignes à l'échelle de la puce est généralement inférieure à la sortie conventionnelle, ce qui nécessite des amplificateurs supplémentaires et compromet le rapport signal/bruit optique (OSNR). Cet article examine l'impact de la puissance du peigne et du rapport porteuse optique/bruit (OCNR) sur les performances du WDM. En outre, l'impact des variations de puissance de ligne à ligne sur le rapport OSNR et la capacité de transmission réalisables est étudié en utilisant les peignes à soliton comme exemple particulièrement intéressant. Cela peut aider à comparer différents types de sources de peignes et à les étalonner en ce qui concerne les performances de transmission réalisables.

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L'oscillation paramétrique optique non linéaire est possible dans les résonateurs micro-optiques en raison de leur faible volume de mode et de leur valeur Q élevée. Un aspect important de ces études est le contrôle de la fréquence de résonance relative. Les méthodes conventionnelles pour les résonateurs en nitrure de silicium ont permis d'accorder les modes résonnants globaux en faisant varier la section transversale du résonateur annulaire. Cette méthode peut ne pas convenir lorsque des processus non linéaires concurrents doivent être introduits. Une solution à ce problème est présentée dans laquelle le fractionnement sélectif multiple des modes (MSMS) est utilisé pour accorder les fréquences de résonance ciblées.

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Les microlasers accordables en longueur d'onde dans le domaine de la lumière visible jouent un rôle important dans la technologie de l'éclairage, les écrans et la détection. Cependant, la plupart des microlasers réglables en longueur d'onde sont connus pour fonctionner en mode multimode. Dans cette étude, l'émission RVB a été obtenue en ajoutant une substance ayant un gain dans la région de la lumière visible à un résonateur WGM. En outre, un laser monomode accordable en longueur d'onde a été développé en couplant ces résonateurs pour extraire uniquement des longueurs d'onde spécifiques.

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Les solitons de curseur dissipatifs fournissent des peignes de fréquence cohérents à large bande et à faible bruit, ainsi que des trains d'impulsions temporels stables, et présentent un grand potentiel d'applications dans les domaines de la spectroscopie, des communications et de la métrologie. Les solitons de respiration sont un type spécifique de soliton de cur dissipatif dans lequel la largeur d'impulsion et l'intensité de crête présentent des oscillations périodiques. Ici, les solitons dissipatifs à respiration dans les microrings de nitrure de silicium (Si3N4) sont étudiés, et les simulations et les expériences montrent que la période de respiration a une incertitude de l'ordre d'environ mégahertz (MHz). Cette instabilité constitue un obstacle majeur pour les applications futures. En appliquant un signal de modulation au laser de pompe, la fréquence de respiration peut être verrouillée par injection à la fréquence de modulation et accordée à des dizaines de MHz ou plus avec une suppression significative du bruit de fréquence. Nos résultats fournissent un point d'entrée secondaire pour contrôler la dynamique des solitons dans les microcavités et ouvrent de nouvelles voies pour les applications pratiques des solitons de respiration.

Présentation :

Parmi les effets optiques non linéaires, la diffusion Brillouin induite présente le gain le plus élevé dans les matériaux solides et a démontré des capacités photoniques avancées dans les guides d'ondes. Par ailleurs, l'efficacité de la diffusion Brillouin induite pourrait être encore améliorée en utilisant la grande compressibilité du gaz. Dans cet article, une fibre à âme creuse remplie de gaz à haute pression est utilisée pour obtenir une amplification Brillouin plus de six fois supérieure à celle observée avec une fibre de silice solide. Cette technique peut être appliquée à n'importe quelle bande de longueur d'onde, ce qui suggère que divers types de lumière peuvent être amplifiés dans des guides d'ondes à âme creuse. En outre, un laser à fibre Brillouin à faible seuil et un capteur de température distribué à haute performance ont été mis en œuvre à l'aide de ce mécanisme, démontrant ainsi de nouvelles applications potentielles des fibres à cœur creux.

Présentation :

Ces dernières années, les microcombs sont devenus capables de taux de répétition élevés, jusqu'à 1 THz, ce qui présente des avantages dans de nombreux domaines tels que le multiplexage des longueurs d'onde, l'échantillonnage cohérent et l'autoréférence. Cependant, la détection à de tels taux de répétition est difficile en raison de la largeur de bande limitée des photodiodes et de l'électronique. Dans cet article, une méthode de division de la fréquence de Vernier à double peigne ("méthode de division de la fréquence de Vernier à double peigne") est présentée pour résoudre ce problème. Elle utilise un soliton de Vernier de 216 GHz en fonctionnement libre et échantillonne et divise la fréquence de répétition du soliton principal de 197 GHz à 995 MHz. Cette démonstration assouplit les exigences en matière d'équipement pour la détection de la fréquence de répétition par micro-ordinateur et a des applications dans divers domaines tels que les horloges optiques et la photonique à micro-ondes.

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Bien que l'on s'attende à ce que les micropeignes soient utilisés dans une variété d'applications, leur faible efficacité énergétique et leur difficulté de contrôle ont entravé leur détournement du monde réel. Ici, un soliton chiral, un interrupteur on-off agile et un peigne double accordable, est réalisé expérimentalement en introduisant un milieu de gain laser (ions erbium) dans un microcombe à soliton. En accordant le gain d'erbium, des états multi-soliton peuvent être générés, étendant ainsi le régime de soliton possible.

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L'accord fin continu (accord fin des longueurs d'onde) des processus non linéaires dans les résonateurs à mode de galerie de chuchotement (WGM) n'en est encore qu'à ses débuts. L'accord fin a été réalisé en étendant un dispositif piézoélectrique avec un résonateur WGM intégré composé de cristaux de niobate de lithium. Cette technique présente l'avantage d'une dispersion plus faible et d'une vitesse plus élevée que l'accord fin thermique. Dans cet article, un accord fin continu sans saut de mode d'une lumière de pompe proche de 1 µm est réalisé à l'aide de cette technique, avec une génération de seconde harmonique dans la gamme de 28 GHz et une oscillation optique paramétrique dans la gamme de 4,5 GHz.

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Il est proposé et démontré expérimentalement que la symétrie PT peut être mise en œuvre dans l'espace des longueurs d'onde, un paramètre non spatial. Un OEO (oscillateur optique à micro-ondes) symétrique dans l'espace des longueurs d'onde a été conçu pour générer des signaux micro-ondes de haute qualité. Il a été démontré que l'élimination du chevauchement spatial réduit la complexité du système et améliore considérablement la stabilité par rapport aux systèmes à symétrie PT dans l'espace.

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L'utilisation de la lumière ultraviolette cohérente du vide en polarisation circulaire permet d'observer des phénomènes instantanés tels que l'état de spin des électrons et la structure moléculaire des organismes vivants, et devrait permettre de découvrir de nouveaux phénomènes et caractéristiques jamais observés auparavant. Cependant, il est difficile de contrôler la lumière dans la région de l'ultraviolet du vide, et il a été difficile de générer une lumière pulsée cohérente à polarisation circulaire. Cet article décrit le développement d'une méthode simple pour convertir la lumière polarisée circulairement dans la région ultraviolette du vide en irradiant de la lumière laser femtoseconde polarisée circulairement dans la région de la lumière visible sur un cristal photonique à quadruple symétrie de rotation.

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Expériences de transmission de données à 100 GBd avec des schémas de modulation OOK et PAM4 pour un modulateur Mach-Zehnder hybride silicium-organique avec une faible perte d'insertion par déphasage de 0,7 dB, avec des débits de ligne allant jusqu'à 200 Gbit/s. Le taux d'erreur binaire est inférieur au seuil de 7 % de la correction d'erreur à décision difficile (HD-FEC), ce qui donne un débit de données net de 187 Gbit/s. Il s'agit du débit de données PAM4 le plus élevé jamais atteint avec un modulateur Mach-Zehnder photonique en silicium de moins de 1 mm.

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Le fonctionnement rapide de la fréquence laser est une condition préalable au verrouillage de phase, à la stabilisation de la fréquence et à la transmission stable dans la porteuse optique. Les micropeignes à solitons ont été démontrés au niveau du système en tant que sources lumineuses à peigne de fréquence à l'échelle de la puce, mais jusqu'à présent, le verrouillage de phase de la bande de fonctionnement MHz n'a pas été réalisé sur la puce. Dans cette étude, l'actionnement de micropeignes à solitons à grande vitesse est réalisé à l'aide d'actionneurs AlN intégrés de manière monolithique.

Présentation :

La transparence induite par les ondes électromagnétiques (EIT), un effet d'interférence quantique qui inhibe l'absorption de la lumière dans un milieu opaque, a trouvé un large éventail d'applications telles que la génération de lumière lente, le stockage optique, la conversion de fréquence et la mémoire quantique optique. Dans cette étude, la transparence induite par les ondes quantiques est obtenue dans un nouveau système qui ne nécessite pas de contrôle externe de la température ou de la puissance optique en contrôlant la direction de propagation de la lumière dans le résonateur.

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Le nitrure d'aluminium (AlN) monocristallin est une plate-forme attrayante dans le domaine de l'optique non linéaire en raison de ses effets optiques non linéaires de Pockels et de Kerr importants et de sa très grande bande interdite. Dans cet article, des microcavités en AlN intégrées et bien gravées sur saphir avec des valeurs Q élevées (2,1×10^6) dans le mode TE00 sont fabriquées pour la première fois par photolithographie : un peigne de Kerr couvrant près d'une octave dans la gamme de 1100 à 2150 nm est excité à partir du mode TM00 à une puissance de 406 mW. En raison des performances de confinement élevées, un mode d'ordre supérieur, le mode TE10, excite également des peignes de voiture s'étendant de 1270 à 1850 nm à une puissance de 316 mW. En outre, une conversion de fréquence vers la lumière visible due à la génération d'harmoniques a été observée pendant la génération du peigne de Kerr. La présente étude est prometteuse pour la construction d'une plate-forme non linéaire intégrée à grande échelle et à faible coût basée sur l'AlN.

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Ces dernières années, la recherche a permis de générer des peignes de fréquence à l'aide de circuits intégrés photoniques compatibles CMOS. Cependant, les micropeignes à solitons actuellement développés ont été difficiles à utiliser en photonique micro-ondes car ils fonctionnent à des taux de répétition bien au-delà de ce que l'électronique conventionnelle peut détecter. Dans cet article, nous présentons un micropeigne à solitons qui fonctionne dans deux bandes de micro-ondes largement utilisées, la bande X (~10 GHz) et la bande K (~20 GHz). Les peignes générés par des lasers à fibre à faible bruit produisent des signaux micro-ondes avec des niveaux de bruit de phase comparables à ceux des oscillateurs micro-ondes électroniques modernes. En outre, un taux de répétition des solitons aussi faible est important pour la génération de futurs canaux multiplexés par répartition en longueur d'onde à haute densité, qui pourraient avoir une variété d'applications.

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Les lasers Raman basés sur des résonateurs WGM intégrés ont permis de nombreuses applications allant des télécommunications à la bio-détection. Ces dispositifs utilisent la valeur Q élevée du résonateur WGM pour compenser le gain Raman intrinsèquement faible de la silice, ce qui permet une oscillation laser induite par diffusion Raman à des seuils inférieurs à MW. Cependant, pour réaliser un laser à diffusion Raman anti-Stokes avec le même effet optique non linéaire, le faible gain Raman de la silice entraîne une faible efficacité d'oscillation. Dans cette étude, la performance du dispositif a été améliorée en ajoutant du métal au résonateur. En conséquence, l'efficacité d'oscillation du laser SRS a été augmentée d'un facteur de 10 ou plus, et le seuil de sub-mW et l'efficacité du SARS ont également été améliorés.

Présentation :

Un concentrateur solaire luminescent (LSC) est un dispositif de gestion des photons qui peut récolter, diriger et concentrer la lumière solaire sur de petites surfaces, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie. Cependant, la perte intrinsèque de photons à travers le soi-disant "concentrateur solaire luminescent" n'est pas toujours facile à gérer. Dans ce travail, nous présentons un concentrateur solaire facile et peu coûteux. Dans ce travail, nous présentons une approche facile et peu coûteuse pour la fabrication d'un filtre à cristal photonique (PC) macroporeux tridimensionnel (3D) en tant que réflecteur de photons efficace, qui peut être recouvert d'une couche de cristal photonique (PC). Nous démontrons qu'en contrôlant la bande de réflexion du PC pour qu'elle corresponde au profil d'émission des émetteurs QD, le Nous avons démontré qu'en contrôlant la bande de réflexion du PC pour qu'elle corresponde au profil d'émission des émetteurs QD, l'efficacité de piégeage de la lumière du LSC revêtu de PC (PC-LSC) peut être considérablement améliorée, passant de 73,3% à 95,1%, par rapport au PC-LSC classique. En outre, nous avons développé un modèle de simulation qui prend en compte l'effet du réflecteur PC. Les résultats expérimentaux et de simulation montrent que l'amélioration des performances du dispositif LSC induite par le réflecteur PC augmente avec l'augmentation de la puissance du réflecteur PC. En fait, les données de simulation prédisent une amélioration maximale de 13,3 fois de l'efficacité quantique externe (EQE) et du facteur de concentration (C). En outre, les résultats de la simulation permettent de mieux comprendre la relation entre la production de photons et le facteur de concentration (C ). Notre étude jette un éclairage sur la conception et la fabrication futures de dispositifs LSC avec des efficacités de collecte et de concentration de photons améliorées grâce à la mise en œuvre d'une technologie de pointe. de collecte et de concentration des photons grâce à de nouveaux réflecteurs de photons sélectifs en fonction de la longueur d'onde.

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L'étude des interactions et du multiplexage entre les solitons dissipatifs du curseur a été active ces dernières années. Les molécules de solitons, dans lesquelles différents solitons sont liés les uns aux autres, sont utiles pour étudier les interactions entre les solitons. La formation de molécules de solitons à l'intérieur de micro-résonateurs optiques n'a été observée que pour les molécules de solitons homonucléaires, dans lesquelles les solitons sont liés les uns aux autres avec un espacement relativement large (au moins plus large que la largeur du soliton) en raison d'ondes dispersives. Les exemples incluent les multisolitons et les cristaux de solitons.
Cet article confirme la formation de molécules de solitons hétéronucléaires, dans lesquelles les solitons sont liés les uns aux autres avec un espacement plus étroit (environ la largeur d'un soliton ou moins) qu'auparavant en raison d'une modulation de phase mutuelle entre les solitons ayant des vitesses de groupe différentes. Les spectres des molécules de solitons hétéronucléaires présentent une structure différente de celle des solitons ordinaires et devraient être appliqués dans divers domaines.

Présentation :

Les cristaux photoniques de vallée (VPhC) constituent une plate-forme attrayante pour la mise en œuvre de guides d'ondes optiques topologiquement protégés dans les circuits intégrés photoniques (PIC). La réalisation de modes de lumière lente dans des guides d'ondes topologiques pourrait conduire à une miniaturisation et à une fonctionnalisation accrues des PIC. Cet article présente une méthode permettant de réaliser des guides d'ondes topologiques à lumière lente dans des circuits intégrés photoniques à base de dalles semi-conductrices.

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De nombreuses études ont été menées sur les commutateurs tout-optique utilisant des cristaux photoniques. Le silicium et les semi-conducteurs III-V (InGaAsP) sont souvent utilisés comme cristaux photoniques, mais dans cette étude, la commutation à l'aide de cristaux photoniques Si et de nanofils InAsP/InP a été réalisée afin d'utiliser les avantages des deux.

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Démontre qu'un seul carcom à impulsion sombre peut générer un rapport de bruit suffisamment élevé pour transmettre 1,84 Pbit/s de données. Ce résultat a été obtenu par 223 WDM modulés à 32 Gbaud, DP-QAM sur une fibre à 37 cœurs.

Présentation :

Ces dernières années, les microcombs de fréquence dans les résonateurs micro-optiques ont atteint une précision proche de celle des peignes de fréquence laser grâce à différents phénomènes physiques. Cependant, une étude en temps réel de l'origine des phénomènes dynamiques et de la stabilité à haute puissance des microcombs n'a pas encore été réalisée. Dans cette étude, la dynamique de transition du micropeigne de l'état chaotique à l'enclenchement de mode est élucidée. En outre, un résonateur à dispersion contrôlée est proposé comme nouvelle plateforme pour comprendre la dynamique rapide du résonateur et obtenir des microcombs de haute puissance.

Présentation :

Les absorbeurs saturables ont été utilisés pour générer des impulsions à grande vitesse, et les miroirs absorbants saturables à semi-conducteurs (SESAM), le graphène et les nanotubes de carbone ont été largement utilisés, mais de nouveaux absorbeurs saturables ont été développés ces dernières années. Dans la présente étude, des impulsions à verrouillage de mode utilisant du tétroxyde de fer comme absorbeur saturable ont été démontrées pour la première fois et leurs caractéristiques ont été mesurées.

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Qu'est-ce que le Journal Club ?
Il s'agit d'une série de conférences ouvertes organisées dans le laboratoire de structures photoniques Tanabe. Les étudiants de troisième cycle et plus étudient des articles liés à l'optique et aux technologies connexes, telles que la photonique, les matériaux, les biosciences, etc., et les expliquent de manière simple.

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