Klub Jurnal 2021 | Kelompok Struktur Fotonik Tanabe

Klub Jurnal

Berdasarkan tahun (Apr-Des)

FY2021.

Dipersembahkan oleh.

Pembangkitan kristal soliton sempurna (PSC) dalam rongga mikro yang dipompa dengan modulasi fase subharmonik optik diselidiki secara numerik. Bagian dari komponen frekuensi pompa termodulasi digabungkan ke dalam rongga mikro melalui efek vernier antara mode pompa termodulasi dan mode resonator, membentuk gelombang periodik yang berkicau untuk pembentukan soliton. Karena peningkatan efisiensi pompa, PSC dengan 5-20 soliton telah didemonstrasikan dalam resonator mikro-optik dengan FSR sekitar 10 GHz. Lebih jauh lagi, ditunjukkan bahwa dengan menghilangkan modulator, daya pompa dapat dikurangi dengan tetap mempertahankan kondisi PSC. Skema yang diusulkan memberikan metode baru untuk mempelajari dinamika soliton dan meningkatkan derajat kebebasan dalam penerapan soliton.

Dipersembahkan oleh.

Berkas elektron bebas adalah probe serbaguna untuk mengetahui struktur dan komposisi mikro. Interaksi elektron dan foton telah menghasilkan perkembangan yang signifikan dalam metode pencitraan dan teknik mikroskop 4D selama dekade terakhir. Namun demikian, berkas elektron biasanya hanya digabungkan secara lemah ke cahaya, dan interaksi yang lebih kuat diperlukan untuk kontrol dan deteksi elektron.
Dalam penelitian ini, resonator mode galeri berbisik digunakan untuk memasangkan berkas elektron bebas dengan mode resonator.
Hal ini berhasil memperluas lebar spektral elektron yang merambat hingga 700 elektron volt.

Dipersembahkan oleh.

Sirkuit terpadu optik telah menarik perhatian dalam beberapa tahun terakhir karena harganya yang murah dan memungkinkan fabrikasi elemen optik seukuran chip. Di antaranya, laser merupakan elemen penting dalam sirkuit terpadu optik dan baru-baru ini telah sepenuhnya terintegrasi dengan pandu gelombang SiN dengan integrasi heterogen multilayer. Namun, pada panjang gelombang telekomunikasi, di mana aplikasi fotonik terkonsentrasi, laser dengan hasil perangkat yang tinggi dan daya keluaran yang tinggi belum ada karena kerugian transisi mode yang besar, desain resonator yang tidak dioptimalkan, dan proses manufaktur yang kompleks. Dalam makalah ini, ini
Para penulis melaporkan laser SiN berkinerja tinggi dengan daya output puluhan miliwatt dan lebar garis dasar sub-kHz melalui pandu gelombang SiN, memecahkan masalah yang dijelaskan di bagian sebelumnya.

Dipersembahkan oleh.

Sisir soliton telah menarik perhatian sebagai sumber cahaya sisir frekuensi optik yang ringkas, tetapi efisiensi konversinya yang rendah menjadi masalah. Dalam makalah ini, sisir soliton yang sangat efisien dan pita lebar diwujudkan dengan eksitasi berdenyut dari resonator silikon nitrida dengan dispersi rendah. Efek dari jitter cahaya eksitasi pada sisir soliton diklarifikasi secara kuantitatif.

Dipersembahkan oleh.

Makalah ini menunjukkan bahwa sisir frekuensi rongga mikro yang dieksitasi oleh laser tunggal digunakan untuk transmisi data berkecepatan tinggi menggunakan skema IMDD: skema modulasi NRZ 30 Gb/dtk dan skema modulasi PAM4 60 Gb/dtk dengan transmisi data 120 Gb/dtk dan 240 Gb/dtk, masing-masing, melalui optik 2 km. Kecepatan data melebihi jarak yang dapat dijangkau, kecepatan data jalur tunggal, dan kecepatan data agregat yang ditentukan dalam perjanjian multi-sumber PSM4 (Mode Tunggal Paralel) dan CWDM4 (Course Wavelength Division Multiplex). Kehilangan daya yang sangat rendah sebesar 0,1 dB dibandingkan dengan karakterisasi back-to-back juga menunjukkan bahwa transmisi data berkecepatan tinggi menggunakan sisir frekuensi resonator mikro yang kompatibel dengan CMOS merupakan teknologi yang layak untuk industri transceiver pusat data yang sensitif terhadap biaya dan daya. Teknologi ini telah dikembangkan dalam industri transceiver pusat data, yang sensitif terhadap biaya dan daya.

Dipersembahkan oleh.

Metasurfaces adalah bahan buatan yang terdiri dari susunan sub-panjang gelombang berstruktur nano, yang memungkinkan rekayasa muka gelombang serbaguna sebagai alat untuk kontrol fase. Dalam makalah ini, mekanisme baru kontrol fase ditunjukkan dengan mengeksploitasi fitur topologi di dekat singularitas metasurfaces non-hermitik.

Dipersembahkan oleh.

Metode konsumsi energi nol untuk penyetelan frekuensi resonansi pada resonator mikroring silikon didemonstrasikan dengan menggunakan chip mikrofluida yang dicetak 3D yang ditumpangkan secara langsung pada sirkuit optik. Konsentrasi larutan NaCl yang berbeda digunakan dalam percobaan, misalnya pada konsentrasi NaCl sekitar 10%, pergeseran frekuensi resonansi di atas daerah spektral bebas dapat dicapai.

Dipersembahkan oleh.

Mengontrol sifat topologi sistem fisik merupakan hal yang mendasar bagi pengembangan perangkat dan teknologi yang tahan cacat. Makalah ini mengusulkan platform fotonik yang dinamika fundamentalnya digerakkan dan disetel oleh interaksi topologi, non-kedekatan, dan non-linearitas. Kontrol non-linear dari simetri paritas-waktu dan restorasi atau penghancuran oleh non-linearitas keadaan topologi non-Hermitian ditunjukkan menggunakan kisi fotonik dengan pandu gelombang yang ditulis dengan laser secara terus menerus ('gain') atau terbelah ('loss') dan digabungkan dengan cacat antarmuka. Konsep-konsep tersebut dapat diterapkan pada berbagai sistem non-Hermitian dengan keuntungan dan kerugian yang bergantung pada intensitas, membuka kemungkinan pendekatan baru untuk memanipulasi cahaya.

Dipersembahkan oleh.

Jaringan saraf optik (ONN) diimplementasikan menggunakan interferometer Mach-Zehnder bertingkat (MZI) dan merupakan alternatif potensial untuk perangkat keras pembelajaran mendalam tradisional; ONN mencapai efisiensi energi dan kecepatan komputasi yang tinggi dibandingkan dengan jaringan saraf listrik tradisional, tetapi tetapi membutuhkan jejak yang besar karena MZI. Makalah ini baru saja memecahkan masalah tersebut dengan menggunakan penggandeng dengan simetri waktu paritas alih-alih MZI, dan mengusulkan kemungkinan implementasi ONN yang lebih cepat dan lebih rendah energi dibandingkan dengan yang menggunakan MZI.

Dipersembahkan oleh.

Soliton disipatif, pulsa terkunci-mode yang dihasilkan dalam ruang mikro, memiliki berbagai aplikasi potensial dalam komunikasi dan spektroskopi. Namun, tetap sulit untuk menghasilkan keadaan soliton fundamental secara deterministik. Dalam penelitian ini, kami menunjukkan secara teoritis bahwa adalah mungkin untuk secara deterministik mengembangkan tidak hanya keadaan soliton fundamental tetapi juga beberapa keadaan soliton dan keadaan kristal soliton dengan terus menerus menerapkan pemicu pulsa berenergi tinggi ke pompa yang digerakkan oleh gelombang kontinu eksternal. Metode ini memiliki potensi untuk pembangkitan soliton siap pakai karena tidak perlu memindai frekuensi pompa gelombang kontinu.

Dipersembahkan oleh.

Superchannel 52-baris dari komputer mikro soliton telah direalisasikan, mencapai efisiensi spektral setinggi 10 bit/s/Hz untuk transmisi 80 km dan 6 bit/s/Hz untuk transmisi 2.100 km. Kelayakan dan keuntungan menghasilkan bentuk gelombang broadband secara langsung dari output perangkat skala mikro pada tingkat simbol yang mendekati tingkat pengulangan sisir telah didemonstrasikan.

Dipersembahkan oleh.

Dalam beberapa tahun terakhir, pemodelan muka gelombang menggunakan scatterer telah memungkinkan manipulasi optik di luar optik konvensional, misalnya dengan memfokuskan sub-panjang gelombang tanpa penyimpangan. Namun demikian, pengukuran input-output dari scatterer diperlukan, dan tantangan pengukuran merupakan rintangan untuk penggunaan praktis. Di sini, isi makalah ini mengatasi tantangan ini dengan menggunakan metasurfaces acak yang desainnya sudah diketahui sebelumnya. Lebih jauh lagi, dengan menggunakan metasurfaces, pencitraan diperluas ke bidang pandang sekitar 8 mm dengan fokus aperture tinggi.

Dipersembahkan oleh.

Sebuah MEMS optik berdasarkan resonator mikrotoroidal SiO2 dilaporkan. Penyetelan cepat mode resonansi dengan "penyetelan kapasitif" dicapai dengan menggunakan resonator WGM dengan elektroda berpola. Penyetelan semacam itu memungkinkan konversi frekuensi yang efisien dari frekuensi radio ke frekuensi optik dan aplikasi seperti sakelar optik.

Dipersembahkan oleh.

Sumber cahaya kuantum, khususnya pasangan foton berkorelasi yang tidak dapat dibedakan dalam semua derajat kebebasan, sangat penting untuk komputasi dan simulasi kuantum optik. Sumber cahaya semacam itu baru-baru ini direalisasikan dengan menggunakan fotonik terintegrasi, tetapi ketergantungannya pada satu komponen, seperti resonator cincin, membatasi kemampuannya untuk menyetel korelasi spektral dan temporal antara foton yang dihasilkan. Dalam penelitian ini, sumber yang dapat disetel dari pasangan foton yang tidak dapat dibedakan direalisasikan dengan menggunakan pencampuran empat gelombang spontan pompa ganda dalam sistem topologi yang terdiri dari resonator array dua dimensi. Dalam penelitian ini, bandwidth spektral disetel dengan mengeksploitasi dispersi linier dari keadaan tepi topologi (dengan faktor sekitar 3,5) dan interferensi kuantum antara foton yang dihasilkan disetel dengan menyesuaikan dua frekuensi pompa. Selanjutnya, keterikatan energi-waktu didemonstrasikan dan ketahanan topologi sumber dikonfirmasi dengan menggunakan simulasi numerik. Hasil penelitian ini dapat mengarah pada sumber cahaya kuantum multipleks frekuensi yang dapat disetel untuk mewujudkan teknologi kuantum optik.

Dipersembahkan oleh.

Cahaya dengan momentum sudut orbital ruang-waktu (ST-OAM) adalah jenis medan elektromagnetik lokal terstruktur yang baru-baru ini ditemukan dengan struktur fase spiral ruang-waktu dan momentum sudut orbital intrinsik melintang. Dalam makalah ini, pembangkitan dan karakterisasi harmonik kedua pulsa ST-OAM disajikan. Eksperimen ini juga menunjukkan non-linearitas ST-OAM secara umum, analog dengan momentum sudut orbital cahaya konvensional.

Dipersembahkan oleh.

Dalam penelitian ini, kontrol non-timbal balik dari cur-soliton disipatif dilakukan dengan menggunakan rongga mikro yang berputar. Non-timbal balik di sini disebabkan oleh efek tarikan optik Sagnac-Fizeau, yang menghasilkan kondisi soliton yang berbeda untuk cahaya yang bergerak ke arah rotasi resonator dan cahaya yang bergerak ke arah yang berlawanan. Hasil ini memberikan jalan yang menjanjikan menuju isolator optik berbasis soliton dan komunikasi soliton satu arah.

Dipersembahkan oleh.

Dalam makalah ini, pembangkitan pulsa gelap bernapas dan sisir Raman Kerr dalam mikrokavitas silikon di bawah pengaruh hamburan Raman yang diinduksi dan dispersi orde tinggi dipelajari secara teoritis. Pulsa gelap hanya ada dalam rongga mikro dengan FSR yang relatif besar dibandingkan dengan lebar garis penguatan Raman. Pulsa gelap yang diinduksi oleh dispersi orde tinggi bergantung terutama pada amplitudo dan tanda koefisien dispersi orde tiga, dan sifat-sifatnya juga dipengaruhi oleh proses pencampuran empat gelombang yang dibantu oleh Raman. Pengetahuan tentang keberadaan mereka akan membantu untuk lebih memahami ketidakstabilan yang terkait dengan pembentukan sisir Raman Kerr dalam mikrokavitas yang menunjukkan dispersi normal, dan menghindari ketidakstabilan ini untuk aplikasi praktis. Selain itu, sisir mikro MIR pita lebar yang dihasilkan melalui gelombang dispersif memungkinkan kebebasan yang lebih besar dalam pembuatan resonator dan akuisisi sisir frekuensi pada platform yang memiliki dispersi normal yang dominan.

Dipersembahkan oleh.

Lithium niobate (LN) memiliki koefisien optik non-linier orde dua dan tiga yang besar dan telah diterapkan dalam berbagai aplikasi. Namun, interaksi antara efek Raman dan efek optik non-linier lainnya dalam LN belum dipelajari dengan baik. Dalam makalah ini, efek Raman dievaluasi untuk rongga mikro berbasis LN. Kercombs optik yang dihasilkan oleh efek optik non-linear dihasilkan dan pengaruh efek Raman pada generasi Kercomb optik dievaluasi.

Dipersembahkan oleh.

Laser kristal fotonik (atau laser pemancar permukaan kristal fotonik (PCSEL)) dengan bagian penguatan dan kerugian yang diatur dalam dua dimensi, di mana bagian kerugian terdiri dari penyerap yang dapat diserap, yang memungkinkan operasi pulsa pendek dengan daya puncak tinggi (puluhan hingga ratusan watt atau lebih) dengan biaya rendah dan ringkas, yang sulit dicapai dengan laser semikonduktor konvensional. PCSEL)) diusulkan. Perilaku gain dan loss PCSEL dianalisis dan dirancang dengan mempertimbangkan interaksi antara pembawa dan foton, dan strukturnya didemonstrasikan untuk memungkinkan operasi pulsa pendek berdaya puncak tinggi yang stabil dalam praktiknya.

Dipersembahkan oleh.

Soliton siap pakai, yang dapat menghasilkan sisir soliton hanya dengan mengalirkan arus listrik, menyebabkan sensasi besar ketika dilaporkan di Nature tahun lalu. Dengan mengaitkan secara langsung resonator optik mikro ke laser semikonduktor dan menginduksi penguncian injeksi sendiri, laser secara otomatis disetel ulang, sehingga tidak memerlukan mekanisme yang rumit untuk mengontrol panjang gelombang laser. Dengan membentuk laser semikonduktor dan resonator silikon nitrida pada substrat yang sama, yang sebelumnya telah dibentuk pada chip yang terpisah, makalah ini berhasil mengintegrasikan lebih lanjut soliton siap pakai, membawanya lebih dekat ke aplikasi praktis sebagai sumber cahaya multi-panjang gelombang.

Dipersembahkan oleh.

Sisir frekuensi optik berdasarkan mikrokavitas WGM memiliki potensi besar untuk mendapatkan spektrum tinggi dan efisiensi energi dalam sistem transmisi WDM. Namun, aplikasi komunikasi mikrosfer silika belum banyak dipelajari. Dalam makalah ini, sisir frekuensi optik 200 GHz dengan mikrosfer silika diselidiki dan dioptimalkan secara numerik, dan implementasinya dalam sistem transmisi WDM empat saluran disimulasikan.

Dipersembahkan oleh.

Kontrol polarisasi adalah teknologi yang sangat penting dan memiliki banyak kemungkinan aplikasi. Namun, optik polarisasi yang ada saat ini hanya dapat memanipulasi polarisasi pada satu bidang melintang. Dalam makalah ini, sebuah metasurface baru diusulkan, yang tidak bergantung pada polarisasi yang terjadi dan memberikan respon polarisasi yang berubah-ubah sepanjang arah propagasi. Teknik ini memungkinkan lebih banyak kebebasan dalam desain metasurface dan dapat memperluas penggunaan metasurface dalam lebih banyak situasi.

Dipersembahkan oleh.

Fabrikasi perangkat optik dengan cairan telah menarik banyak perhatian sebagai area penelitian yang menarik. Penyetelan frekuensi perangkat optik semacam itu melalui kontrol bentuk yang dapat dikonfigurasi ulang telah dianggap sulit karena sifat cairan yang melekat. Dalam makalah ini, mikrolaser WGM yang seluruhnya terdiri dari cairan pada permukaan larutan berair dibuat dengan menggunakan metode ink-jet, dan tegangan permukaan antara larutan berair dan mikrolaser WGM dikontrol dengan menggunakan surfaktan untuk berhasil menyetel frekuensi pengasutan sambil mempertahankan geometri yang dapat dikonfigurasi ulang. Teknik ini juga digunakan untuk mendeteksi senyawa organik yang larut dalam air. Hasilnya diharapkan dapat diterapkan pada penginderaan fluida dan biosensing pada tingkat mikroskopis juga.

Dipersembahkan oleh.

Komputer kuantum dapat melakukan perhitungan tertentu yang dianggap terlalu berat untuk komputer klasik. Pengambilan sampel boson adalah salah satu perhitungan tersebut, yang dalam penelitian ini dilakukan dengan memasukkan 50 keadaan tunggal yang tidak dapat diidentifikasi ke dalam interferometer ultra-rugi-rendah 100 mode dengan konektivitas penuh dan matriks acak, dan mengambil sampel menggunakan 100 detektor foton tunggal efisiensi tinggi. Dimensi ruang keadaan keluaran adalah 10^30 dan laju pengambilan sampel 10^14 lebih cepat daripada menggunakan superkomputer yang canggih, dengan hasil ruang keadaan keluaran adalah 10^30.

Dipersembahkan oleh.

Sistem non-Hermit dengan Titik Luar Biasa (Exceptional Points, EPOs) memiliki potensi untuk menginduksi banyak fenomena aneh di berbagai bidang, mulai dari fotonik, akustik, optik, dan elektronik hingga fisika atom. Dalam makalah ini, sistem non-Hermite dengan osilator parametrik optik terkopel (OPO) disajikan dan kelebihannya dibandingkan dengan sistem non-Hermite konvensional, yang bergantung pada penguatan dan kerugian laser, disorot. Secara khusus, pemutusan simetri paritas spektral karena dua OPO yang digabungkan ditunjukkan dan EP antara operasi degenerasi dan non-degenerasi disajikan.

Dipersembahkan oleh.

Laser Brillouin dihasilkan oleh hamburan Brillouin yang diinduksi dalam resonator mikro-optik, dan soliton Kerr yang disipatif dihasilkan dalam resonator yang sama dengan menggunakan laser Brillouin sebagai cahaya eksitasi.
Dalam teknik ini, cahaya input disetel biru sehubungan dengan frekuensi resonansi dan laser Brillouin dapat dihasilkan dengan setelan merah, sehingga soliton tunggal dapat diakses dengan sapuan panjang gelombang sederhana oleh piezo laser. Selain itu, karena lebar garis yang sangat sempit dan sifat kebisingan yang rendah dari laser Brillouin yang dihasilkan, soliton yang diamati menunjukkan garis sisir yang sempit dan tingkat pengulangan yang stabil.

Dipersembahkan oleh.

Performa yang lebih baik dalam hal kecepatan data, konsumsi daya, dan bandwidth diharapkan pada jaringan akses radio generasi kelima (5G), dan hal ini tidak terkecuali untuk jaringan optik pasif (PON) pada 5G.
Penelitian ini menunjukkan transmisi data dan sinyal clock secara simultan yang bebas dari kesalahan dengan menggunakan sisir frekuensi optik yang dihasilkan oleh pengalihan penguatan laser pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL). Hal ini dimaksudkan untuk diterapkan pada sistem jaringan optik pasif multiplexing pembagian panjang gelombang generasi berikutnya (WDM-PON). Pada WDM-PON masa depan, yang memerlukan peningkatan kapasitas saluran dan pemantauan penundaan yang ketat, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sisir frekuensi optik berbasis VCSEL dapat digunakan sebagai sumber cahaya yang dapat mewujudkan jaringan yang sederhana dan hemat energi.

Dipersembahkan oleh.

Kristal soliton yang terdiri dari pulsa waktu dengan jarak yang sama adalah cara yang efektif untuk mencapai tingkat pengulangan yang sangat tinggi. Dalam makalah ini, pembangkitan kristal soliton dengan adanya penggandengan mode non-linear diselidiki. Ditunjukkan bahwa kristal soliton yang sempurna dapat direalisasikan dengan andal di bawah ketidakcocokan vektor gelombang yang sesuai dan kondisi koefisien kopling non-linear.

Dipersembahkan oleh.

Dalam penelitian ini, pendekatan penggandeng tepi ujung serat baru dengan ukuran mode besar diusulkan untuk pandu gelombang kawat tipis fotonik silikon. Struktur penggandeng tepi adalah struktur multipleks yang terdiri dari beberapa lapisan silikon nitrida yang tertanam dalam kelongsong atas SiO2, pandu gelombang melengkung, dan dua bagian konverter ukuran titik (SSC). Penggandeng tepi dirancang untuk serat SMF-28 dengan diameter bidang mode (MFD) 8,2 µm pada panjang gelombang 1550 nm dan rasio penggandengan keseluruhan 90%.

Nature 591, 54-60 (2021).
J. M. Arrazola, V. Bergholm, K. Brádler, T. R. Bromley, M. J. Collins, I. Dhand, A. Fumagalli, T. Gerrits, A. Goussev, L. G. Helt, J. Hundal, T. Isacsson, R. B. Israel, J. Izaac, S. Jahangiri, R. Janik, N. Killoran, S. P. Kumar, J. Lavoie, A. E. Lita, D. H. Mahler, M. Menotti, B. Morrison, S. W. Nam, L. Neuhaus, H. Y. Qi, N. Quesada, A. Repingon, K. K. Sabapathy, M. Schuld, D. Su, J. Swinarton, A. Száva, K. Tan, P. Tan, V. D. Vaidya, Z. Vernon, Z. Zabaneh & Y. Zhang

Dipersembahkan oleh.

Pergerakan menuju komputasi kuantum praktis telah menyebabkan berkembangnya mesin yang dapat diprogram untuk menjalankan algoritme kuantum. Makalah ini menyajikan sebuah sistem yang menggunakan teknologi nanofotonik terintegrasi untuk menjalankan sirkuit kuantum multi-foton.

Dipersembahkan oleh.

Ketika sisir soliton yang dihasilkan pada resonator optik mikro terdeteksi oleh fotodetektor, sinyal RF puluhan hingga ratusan GHz dapat dihasilkan, tergantung pada tingkat pengulangan. Sinyal RF tersebut menunjukkan karakteristik derau fasa yang lebih unggul daripada generator sinyal dan oleh karena itu diharapkan dapat menjadi sumber sinyal RF generasi berikutnya. Dalam makalah ini, faktor-faktor derau fasa diklarifikasi dengan perhitungan numerik dan eksperimen empiris untuk mencapai kinerja yang lebih tinggi.

Kami akan menginformasikan kepada Anda secara berkala tentang acara-acara tersebut.
Siapa pun dapat mendaftar.

Apa yang dimaksud dengan Klub Jurnal?
Ini adalah seri kuliah terbuka yang diadakan di Laboratorium Struktur Fotonik Tanabe. Mahasiswa pascasarjana ke atas menelaah makalah yang berkaitan dengan optik dan teknologi terkait, seperti fotonik, material, biosains, dll., dan menjelaskannya dengan cara yang mudah dipahami.

Tentang audit
Kehadirannya gratis, baik di dalam maupun di luar kampus. Konferensi ini akan diadakan secara rutin, jadi jika Anda tertarik dengan salah satu topik, silakan datang dan hadir. Tidak diperlukan pemberitahuan untuk hadir, tetapi jika Anda menghubungi kami terlebih dahulu, kami akan menyiapkan materi untuk Anda.

Pengumuman acara.
Journal Club diselenggarakan di situs web dan milis kami. Jika Anda berlangganan milis, Anda akan menerima undangan email secara berkala untuk menghadiri pertemuan.

Untuk mendaftar, kirimkan email kosong ke alamat email di bawah ini.