Journal Club 2016 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

EXERCICE 2016.

Présentation :

Contrairement aux lasers Raman et Brillouin, les lasers Lipron sont produits par un échange d'énergie entre la lumière et les ondes capillaires. Les ondes capillaires sont inhérentes aux liquides et oscillent en utilisant la tension superficielle comme force de rappel. L'interaction entre la lumière et les ondes capillaires a été mesurée en utilisant une microgouttelette d'octane piégée dans l'eau avec des pinces optiques comme résonateur opto-capillaire. Les résultats montrent qu'un refroidissement opto-capillaire à température ambiante vers l'état fondamental est attendu.

Présentation :

L'accord continu du niveau de la lumière comprimée générée par deux résonateurs annulaires en nitrure de silicium avec des microchauffeurs intégrés a été réalisé. Des variations du niveau d'écrasement sur une plage de 0,9 dB~3,9 dB ont été observées en faisant varier l'état de couplage avec le guide d'ondes. Ces résultats peuvent jouer un rôle important dans les applications où un niveau d'écrasement approprié est requis.

Présentation :

Les futures technologies de l'information telles que l'enregistrement ultrarapide des données, l'informatique quantique et la spintronique nécessiteront un contrôle du spin par la lumière d'une rapidité sans précédent. Les impulsions térahertz intenses peuvent se coupler aux spins sur l'échelle d'énergie inhérente à l'excitation magnétique. Dans ce travail, nous étudions un nouveau mécanisme de couplage térahertz-spin non linéaire médié par des dipôles électriques, qui est beaucoup plus fort que le couplage linéaire de Zeeman avec des champs magnétiques térahertz. Nous démontrons que l'excitation résonnante térahertz des transitions orbitales électroniques dans un antiferromagnétique typique, l'orthoferrite de thulium (TmFeO 3 ), module l'anisotropie magnétique des spins Fe 3+ ordonnés, produisant des oscillations de spin cohérentes de grande amplitude. Le mécanisme est intrinsèquement non linéaire, peut être modulé par la mise en forme spectrale de la forme d'onde térahertz, et l'efficacité est supérieure d'un ordre de grandeur au couple Zeeman. Comme les états orbitaux dominent l'anisotropie magnétique dans tous les oxydes de métaux de transition, le schéma de contrôle démontré ici devrait être applicable à de nombreux matériaux magnétiques.

Présentation :

Une paire de deux résonateurs à cristaux photoniques 1D parallèles, une paire pour chaque lumière de pompe et de sonde, a été utilisée pour fabriquer une structure dans laquelle ils s'influencent mutuellement par le biais d'oscillations mécaniques. L'avantage de cette structure est que les chemins optiques de la lumière de la pompe et de la sonde sont différents. Les fréquences d'oscillation de l'optomécanique observées à partir des résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats des calculs FEM. Des résultats expérimentaux ont également été obtenus lorsque la lumière de la pompe modifie dynamiquement le spectre de transmission du résonateur à cristal photonique correspondant à la lumière de la sonde, ce qui devrait être appliqué aux oscillateurs.

Présentation :

Un supercontinuum avec un centre de 1550 nm et un écart d'une octave a été réalisé en utilisant des guides d'ondes InGaP fabriqués sur un substrat de silicium. L'avantage de la faible consommation d'énergie et de la petite surface par rapport aux études précédentes contribue également à la grande cohérence du spectre généré.

Présentation :

Un système résonant couplé à base de microring et de réseau de Bragg à passage intégral présentant des propriétés de transmission de type EIT est proposé et démontré. Le couplage entre un "résonateur à microring" et un "résonateur de Fabry-Perot composé d'un réseau de Bragg à deux sections" induit un spectre de type EIT. Le système présente une configuration simple d'un résonateur à microring et d'un guide d'onde bus, ce qui présente des avantages considérables en ce qui concerne les erreurs de fabrication. Les résultats montrent un taux d'extinction (ER) de 12 dB, un FWHM de 0,077 et une valeur Q de 20200, en bon accord avec la simulation.

Présentation :

La conversion et le contrôle des fréquences optiques est une technologie très importante pour de nombreuses applications. Cette étude démontre que la conversion de fréquence via les oscillations de Bloch est possible en utilisant des résonateurs en anneau modulés dynamiquement. Il est également démontré que la conversion de fréquence dans une seule direction est possible en appliquant une modulation périodique. Ces résultats démontrent la possibilité de manipuler les fréquences optiques à l'aide de systèmes de résonateurs dynamiques.

Présentation :

La technologie de contrôle de la fréquence des photons uniques est indispensable pour les communications quantiques, mais les méthodes conventionnelles basées sur des effets optiques non linéaires présentent des problèmes de bruit et de bande passante, ce qui rend l'application pratique difficile. Dans cet article, un changeur de fréquence à photon unique basé sur l'optomécanique est fabriqué, et il est démontré qu'une modulation jusqu'à 150 GHz peut être obtenue avec une efficacité de conversion proche de l'unité sans ajouter de bruit.

Présentation :

La téléportation quantique permet de transférer fidèlement des états quantiques entre des nœuds distants d'un réseau, ce qui permet des applications innovantes en matière de traitement de l'information. Cela a motivé un grand nombre d'activités de recherche. Cependant, jusqu'à présent, les expériences de téléportation quantique utilisant des sources lumineuses quantiques indépendantes, la livraison d'intrication avant la mesure de l'état de la cloche (BSM) et les opérations en amont simultanément n'ont pas été réalisées, même dans un environnement de laboratoire. Dans cet article, nous relevons ce défi et présentons la construction d'un réseau quantique à fibre optique de 30 km déployé sur une zone de 12,5 km. Le réseau est robuste contre le bruit du monde réel grâce à des méthodes de stabilisation active, ce qui rend la téléportation quantique faisable, en satisfaisant tous les facteurs simultanément. Les mesures de tomographie quantique d'état et de processus et les tests d'hypothèses statistiques indépendants confirment la nature quantique de la téléportation quantique sur ce réseau. Cette expérience constitue une étape importante vers la réalisation d'un "internet quantique" mondial dans le monde réel.

Présentation :

Le mode de la galerie de chuchotement est difficile à appliquer comme source de lumière directionnelle en raison de sa symétrie de rotation. Pour briser la symétrie de rotation, des méthodes telles que la déformation de la forme du résonateur ont été proposées, mais ces méthodes présentent l'inconvénient de réduire considérablement la valeur Q du résonateur. Cet article présente une méthode permettant de réaliser une émission de lumière directionnelle tout en maintenant la valeur Q en ajustant librement les caractéristiques du mode de la galerie de chuchotement à l'aide d'une optique de conversion.

Présentation :

Comme les lasers en anneau ont des modes dans le sens des aiguilles d'une montre (CW) et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (CCW), le problème est que des faisceaux laser d'intensité instable sont émis dans les deux directions sur le guide d'ondes en silicium. Dans cet article, il est démontré par calcul que le rapport entre le mode CW et le mode CCW peut être manipulé en utilisant une structure localement déformée du laser en forme d'anneau, et par des expériences utilisant le laser en forme d'anneau réellement fabriqué, il est démontré qu'un faisceau laser avec une intensité stable peut être obtenu à partir d'une seule direction du guide d'ondes en silicium.

Présentation :

Ces dernières années, la dynamique des fluides optiques est devenue une technique importante en bioanalyse. En particulier, les lasers basés sur l'hydrodynamique optique sont considérés comme supérieurs aux lasers basés sur la fluorescence en termes de sensibilité et de résolution d'imagerie, mais il s'agit d'un domaine où la recherche n'a pas beaucoup progressé. Dans cette étude, des colorants dans le proche infrarouge appelés vert d'indocyanine ont été utilisés pour l'imagerie des principaux composants du sang humain. En outre, pour la première fois, le vert d'indocyanine a été utilisé pour l'imagerie du sang humain.

Présentation :

Les procédés actuels de fabrication des lentilles limitent les performances optiques en raison de la taille et de la forme limitées des lentilles. Timo Gissibl et ses collaborateurs ont imprimé en 3D un système à lentilles multiples d'une taille d'environ 0,1 mm à l'aide d'un système d'écriture directe par laser femtoseconde. Le système à lentilles multiples se compose de plusieurs lentilles simples combinées en une structure de lentille composite dans un support en forme de conteneur, qui est imprimé à une vitesse de plusieurs centimètres par seconde.

Présentation :

Les horloges optiques sont non seulement un outil puissant pour la recherche fondamentale, mais elles sont également considérées comme pouvant être utilisées pour redéfinir l'unité SI "seconde", car leur précision et leur stabilité sont supérieures d'un ordre de grandeur à celles des horloges atomiques au césium. Cependant, un obstacle important à cette transition est le manque de fiabilité des horloges optiques, qui rend la réalisation continue des échelles de temps impraticable. Dans le présent travail, nous montrons comment cette situation peut être résolue et nous démontrons qu'il est possible d'établir une échelle de temps photométrique qui surpasse celle de l'horloge à ressort à atomes de césium.

Présentation :

Un filament laser est un état stable résultant de l'équilibre de deux effets : la convergence de l'effet Kerr due à un laser intense et la divergence due à la génération de plasma. Dans cette étude, la filamentation laser à un taux de répétition de kHz est démontrée pour la première fois dans la bande infrarouge moyenne.
En outre, les filaments dans la bande de l'infrarouge moyen sont considérés comme utiles pour détecter diverses substances chimiques, et la spectroscopie d'absorption du CO2 atmosphérique a été confirmée, de sorte que ces filaments sont également signalés.

Présentation :

Des détecteurs de rayons X basés sur des monocristaux de pérovskite de bromure de méthylammonium et de plomb (MAPbBr3) ont été fabriqués pour la première fois. La dose minimale détectable de rayons X était de 0,5 µGy air s-1, ce qui est quatre fois plus sensible que le détecteur de rayons X α-Se, connu pour être un détecteur de rayons X très sensible. Ces résultats devraient être utiles pour les inspections médicales et de sécurité. La fabrication du détecteur sera abordée dans la présentation.

Présentation :

La transformée de Fourier en temps réel des signaux (RTFT) est un concept fondamental qui permet une analyse de Fourier plus rapide que les limites des moteurs de traitement des signaux numériques conventionnels. En optique, la RTFT est généralement utilisée pour exciter de grandes quantités de dispersion de vitesse de groupe, où il est important de cartographier le spectre de fréquence du signal dans le domaine temporel. Cependant, la résolution en fréquence optique de cette technique est généralement limitée au gigahertz ou mieux, ce qui entrave les applications telles que la spectroscopie en temps réel, la détection ultrarapide, l'imagerie et la détection, et en particulier la génération et le traitement de signaux RF assistés par voie optique. Nous avons mis en œuvre expérimentalement le nouveau concept RTFT en utilisant un laser à rétroaction à fréquence décalée et avons obtenu une résolution de fréquence d'environ 30 kHz et un produit temps-bande passante supérieur à 400.

Présentation :

Les bulles générées par filamentation dans l'eau à l'aide de lasers femtosecondes ont des applications potentielles telles que la commutation de microcanaux et le triage de cellules. Dans cette étude, le mouvement des bulles générées par filamentation a été directement observé au microscope, et il a été observé que les bulles se déplaçaient le long du flux d'eau généré par filamentation. L'angle entre la direction du mouvement des bulles et la direction de la propagation du laser a changé avec la distance du filament, et le processus de convection dans l'eau causé par la filamentation a été clarifié.

Présentation :

Une nouvelle plate-forme a été développée qui combine un résonateur optomécanique contenant de la lumière à une longueur d'onde de 1550 nm et des phonons à une fréquence de 2,4 GHz avec des guides d'ondes photoniques et phononiques ; en utilisant des ondes RF et lumineuses pour exciter ou lire les modes mécaniques, il a été démontré que les domaines optique et mécanique peuvent être convertis en signaux cohérents entre les domaines optique, RF et mécanique en utilisant des ondes RF et lumineuses pour exciter ou lire les modes mécaniques. Il est démontré que des signaux cohérents peuvent être convertis entre les domaines optique, RF et mécanique en utilisant des ondes RF et lumineuses pour exciter ou lire les modes mécaniques.

Présentation :

Certaines des mesures les plus précises jamais réalisées, de la spectroscopie temporelle attoseconde aux mesures de peignes de fréquence, ont été rendues possibles grâce aux lasers à verrouillage de mode. Cependant, cette précision extrême cache la complexité de la dynamique sous-jacente du verrouillage de mode. Cette complexité est particulièrement évidente dans l'émergence des états verrouillés en mode, qui sont essentiellement des transitions singulières non répétitives. Bien que de nombreux détails du verrouillage de mode soient bien compris, la spectroscopie conventionnelle ne peut pas résoudre la dynamique initiale du verrouillage de mode passif sur l'échelle de temps naturelle de la nanoseconde d'une période d'impulsion unique. Dans le présent travail, nous avons capturé l'évolution spectrale résolue par impulsion de trains d'impulsions femtosecondes à partir des fluctuations initiales, enregistrées en continu sur environ 900 000 périodes. Nous observons directement des phénomènes critiques sur des échelles de temps allant de dizaines à des milliers d'allers-retours, y compris l'émergence de spectres à large bande, les changements de longueur d'onde qui les accompagnent et les dynamiques d'interférence transitoires représentées par un verrouillage de mode d'impulsion auxiliaire. Les présents résultats, rendus possibles par des transformations d'étirement du temps, peuvent avoir des implications pour la conception des lasers, les diagnostics ultrarapides et l'optique non linéaire.

Présentation :

Le chaos créé par l'optomécanique à couplage non linéaire a été étudié. L'étude a révélé deux points principaux : premièrement, que les états chaotiques sont transférés par les voies mécaniques et deuxièmement, que la présence d'états chaotiques peut améliorer le rapport signal-bruit. Au cours de la journée, une explication détaillée sera donnée sur le fait que ceux utilisés dans cette étude tombent dans la catégorie de la résonance stochastique.

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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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