Journal Club 2022년 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

연도별(4월-12월)

2022년도

발표 내용:

초평탄한 광자대역을 가지고 있으며, 극도로 느린 빛의 거동을 보이는 꼬인 이중층 그래핀의 광자 아날로그.

발표 내용:

2020년 턴키 솔리톤이 실현된 이래로솔리톤컴의 실용화는 더욱 현실성이 높아졌다.향후 확장성을 확보하기 위해서는CMOS호환 가능한 소재를 사용한 공동진동기가 필수적이다. 그 중에서도 솔리톤컴의 실리콘 카바이드(SiC)는 오랫동안 반도체의 재료로 널리 사용되어 왔다.CMOS호환 가능한 재료이다.SiC는실리콘 나이트라이드와 비교했을 때, 상대적으로 큰 굴절률(n=2.6)및 비선형 굴절률(n₂=8.6x10^-8 m²W^-2)를 가지고 있으며더 낮은 전력에서 비선형 광학 효과를 기대할 수 있다. 그러나솔리톤컴의 적용에 있어서는 열광학 계수가 크고방온에서 실현된 사례는 지금까지 없었다. 그래서 이번에보조 레이저 방식을 이용한방온도에서 솔리톤컴의 발생을 달성했기 때문에보고한다.

발표 내용:

광 파라메트릭 발진은,펌프 주파수에서 크게 떨어진 주파수의 코히어런트 레이저 광을 펌프 주파수에서발생시킬 수 있지만,실용화를 위해서는 펌프에서 신호로의 변환 효율이 높아야 한다,지금까지 입증된 것보다 훨씬 더 높아야 한다.이 문제를 해결하기 위해,Kerr 비선형 마이크로 광학 공진기의 파라메트릭 발진에 대한 이론적 및 실험적 연구.및 수치적으로研연구하고,비선형 과정의 상호작용에서 발생하는 복잡한 해공간을 밝힌다.먼저,3모드 근사치를 사용합니다,펌프 파워와 주파수 불일치의 효율 극대화 관계를 도출한다.그러나,집적형 마이크로 링 공진기와 같은 현실적인 장치,3つ以위 모드를 지원하기 때문입니다,전체 모드를 포함한 더 정확한 모델이 있습니다,불필요한 경쟁적 비선형 프로세스에서 발생하는 잠재적 효율을 결정하기 위해필요하다. 이 목적을 위해,비선형 결합 공진기 모드의 전체 스펙트럼을 고려했다.Lugiato-Lefever방정식을 계산했다.다중 모드 공진기에서의 파라메트릭 발진 관련2두 개의 비선형모양 현상,즉, 모드 충돌과 교차 위상 변조를 통한 변조입니다.불안정성을 관찰하고 그 특성을 밝힌다. 마지막으로,마이크로 공진기의 손실률을 조정함으로써 변환 효율을 약25%까지 높이는 방법을 제시한다. 이 분석은,높은 변환 효율과 출력 전력을 목표로 하는 마이크로 공진기 설계의 손가락바늘이 되는 것이다.

네이처 일렉트로닉스 5, 184-190 (2022).
A. M. J. Zwerver, T. Krähenmann, T. F. Watson, L. Lampert, H. C. George, R. Pillarisetty, S. A. Bojarski, S. A. Bojarski, A. M. J. Zwerver
B. P. Amin, S. V. Amitonov, J. M. Boter, R. Caudillo, D. Correas-Serrano, J. P. Dehollain, G. Droulers, J. P. Dehollain, G. Droulers, J. M. Botter, R. Caudillo, D. Correas-Serrano, J. P.
E. M. Henry, R. Kotlyar, M. Lodari, F. Lüthi, D. J. Michalak, B. K. Mueller, S. Neyens, J. Roberts, J. Roberts, E. M. Henry
N. Samkharadze, G. Zheng, O. K. Zietz, G. Scappucci, M. Veldhorst, L. M. K. Vandersypen & J. S. Clarke

발표 내용:

오류 정정을 이용한 풀스케일 양자컴퓨터 구현에는 수백 개의 오류 수정이 필요만 양자 비트가 필요하며산업적 반도체 제조 기술을 이용한 반도체 양자 비트를 이용한 양자컴퓨팅이 부분에서 컴퓨터는 높은 잠재력을 가지고 있다.
그러나현재 보고된 반도체 양자비트 제조 방법은 전자선 리소그래피입니다.피에 의해 제조되고 있으며, 수율이 좋다고 할 수 없다.
책研연구에서는현재 산업용 제품 제조에 사용되는 포토리소그래피 기술을 이용하여,완전 산업적 방법으로 제조된 300mm 웨이퍼의 칩에 반도체체내 양자비트를 확인했다.
이를 통해 비약적으로 수율을 개선하는 데 성공했다.

발표 내용:

Chaotic dynamics has been reported in many physical systems and has affected almost every field of science. Chaos involves hypersensitivity to the initial conditions of a system and introduces unpredictability into its output. a powerful tool to suppress decoherence, achieve secure communication and replace background noise in stochastic resonance—a counterintuitive concept that a system's ability to transfer information can be coherently amplified by adding noise. Here, we report the firsto demonstration of cha an optomechanical system, as well as the optomechanically mediated chaos transfer between two optical fields such that they follow the same route to chaos. These results will contribute to the understanding of nonlinear phenomena and chaos in optomechanical system of information and for improving the detection of other wise undetectable signals in optomechanical systems.

발표 내용:

The sixth generation (6 G) communication standard is expected to include support for very-high data rates (over 100 Gbit/s) and device electronics will require processors with on-chip communications able to support such high bandwidths. Although the terahertzand ample bandwidth, conventional THz waveguides suffer from high bending losses and are sensitive to process defects. The recent revelation of the topological valley photonic crystal (VPC), which exhibits near zero-loss bends, zero back-scattering and zero jun much promise for future high speed inter-device communications. In this article, low dispersion in the photonic bandgap region as the number of bends increase is demonstrated through simulation and experiment of the transmission and group delay characteristics. A 108-Gbit/s using multi-level modulation for a 10 mm straight VPC waveguide and a 62.5-Gbit/s bit-rate for a ten sharp bended structure is demonstrated through comprehensive comm unications experiments.

발표 내용:

가시광 영역에서의 광 집적 회로는,AR야VR디스프레이, 양자 계산, 센싱, 광유전학 등,많은 응용을 기대할 수 있다. 광 집적 회로 중에서도 광 위상 변조기는그것들을 실현하는데 있어서 빠뜨릴 수 없는 요소이다. 그러나 기존의CMOS기술을 사용하여 실현할 수 있는 가시광 영역에서의 통합 가능한 위상 변조기는 크기가 수백um, 반파장 전력이 수십mW그리고,실용으로는 멀리 있는 것이 현상이다. 따라서 본 연구에서는실리콘 나이트라이드 미소광 공진기를 사용하여,530nm띠와488nm밴드에서의 초소형 ·초저소비 전력인 광 위상 변조기를 실현했기 때문에 소개한다.

발표 내용:

광섬유 실험에서 고차 시드 변조 불안정성을 실험적으로조사했다. 손실을 보상하는 재순환 루프 구성으로 인해 복잡하지 않습니다.변화 결정 론적 역학을 보여주는 초기 변조 연속 필드의 시공간 발전단일 샷으로 관찰 할 수 있습니다. 변조주기 조정그리고 완벽한 코 히어 런트 역학과 순수한 잡음 구동역학과의 연속적인 전이가 관찰되고, 통계적 기법우리는 그 특성을 밝혔다.

발표 내용:

광학에서 도파관 간의 결합은 일반적인 현상이며 빛의 경로 제어그리고 통합에 중요한 역할을합니다. 그러나 결합 특성은파장이나 도파로 구조에 매우 민감하고 광대역에서 제조 오차에 강한 도파도로 결합을 달성하는 것은 어렵습니다. 이 연구에서는 인구 게이지 필드 (artificial gauge field : AGF)를 사용하여 결합 분산을 설계 할 수 있으며 광대역 및 내 제조 오차도파로를 개발했습니다.

발표 내용:

현재의 집적 레이저는 놀라운 업적이 있음에도 불구하고,용화에는 몇 가지 문제가 남아 있습니다. 그 중 하나는 주파수이닝입니다. 기존의 III-V 족과 실리콘의 전기 광학 변조에서MHz 레벨에서 주파수 튜닝이 가능하지만 열 광학 효과, 캐리어 밀도 및 광학 모드따라서 성능이 제한되었습니다. 본 연구에서는 II-V족/니오브산리튬의 하이브리드 집적 구조를 사용하여 2 엑사헤르츠/초(2.0×10¹⁸ Hz/s)라는 과거 최고의 주파수 변조 속도와 50MHz의 고속이칭을 가진 집적형 레이저입니다. 이 외에도 Pockers 효과는 적외선과 가시광을 동시에 전송할 수있게 해줍니다.세계 최초의 멀티 컬러 레이저의 집적화를 실현했습니다.

발표 내용:

광 집적 기술의 발전에 따라 칩 스케일의 고주파 (RF) 필터의 개발은 매우 중요합니다. 이 연구에서는 솔리톤의 부드러운 스펙트럼 포락선을 이용한 펄스 성형이 필요합니다.아니 솔리톤 마이크로콤 기반 고주파 포토닉 필터입증한다. 다파장 광원과 분산 전파를 조합한 시스템은 탭첨부 된 지연 라인 (TDL) 필터 역할을하며 FIR 필터 구성구조적 복잡성이 크게 완화됩니다. 광원에 완전한 솔리톤 결정 (PSC)를 사용하여 RF 투과 대역을 분할 할 수 있습니다.예, 간섭하는 2 개의 솔리톤의 상대 방위각을 적절하게 제어따라서 필터 재구성이 실현되었습니다.

발표 내용:

실리카 기반 광섬유는 비선형 광학의 주력 제품이며,솔리톤 및 자기 위상 변조와 같은 다양한 비선형 현상에 즉각세스 할 수 있습니다. 그러나 기본적인 한 가지 제한 사항이 있습니다. 실리카는 비정질이므로,표면의 영향을 무시할 수 있는 경우를 제외하고,2차 비선형성을 나타내지 않습니다. 여기서는섬유 코어에 직접 성장한 높은 비선형을 가진 MoS2단층을 사용하여,기능화된 광섬유에서 두 번째 고조파의 발생을 나타냅니다.MoS2로 기능화된 섬유는 44 pmV^-12 차 감수율 (χ (2)) 값과 0.2 × 10^-3m^-2W^-1의 제 2 고조파 발생 변환 효율을 나타냅니다.이 접근법은 확장 가능하며,다른 전이 금속 디칼 코겐화물 및 광범위한 도파관 시스템으로 일반화 가능합니다. 우리의 결과는효율적인 섬유 내에서 제 2 고조파 소스에 대한 새로운 접근법를 나타내며, χ(2) 기반 비선형 광섬유,광전자, 포토닉스 플랫폼,통합 광 아키텍처,및 활성 광섬유 네트워크 플랫폼 확인서있을 수 있습니다.

발표 내용:

광 집적 회로에서 에르븀 이온을 이용한 광 증폭 연구그러나 출력이 충분하지는 않지만 실용적이지 않았습니다. 본 연구에서145 mW의 출력과 30dB 이상의 작은 신호 이득을 달성했습니다. 이것은 솔리톤 콤의 출력를 100배로 높여 저잡음의 광 마이크로파 발생이나 파장 분할 다중 통신에 응용 가능실용적인 수치입니다.

발표 내용:

비선형 광학 효과는 전광 계산 및 포토닉 신경망, 기판상의 초고속 광원 등 다양한 응용이 기대된다. 그러나,모든 포토 닉 재료에서는 비선형 광학 효과가 크지 않고작동 에너지, 고 Q 값 공진기 등을 사용할 필요가 있었다.본 연구에서는 강한 2 차 비선형 광학 효과로 인한 공진기없이 전광광 스위치를 개발하여 빠르고 저전력을 달성했습니다. 또한 분산 설치미터로 공간적, 시간적으로 펄스 모양을 유지하는 데 성공했습니다.한다.

발표 내용:

발표 내용 : 열 광학 계수가 정반대의 2 개의 재료를 합체시킨 하이브리드 Si3N4-TiO2 마이크로링 공진기를 상정하고, 열굴절효과를 취소하는 비열적 구조에 대해 이론적으로 연구하였다.수치 계산의 결과, 적절한 파라미터 하에서 열굴절 효과를 저감할 수 있다그 조건에서 솔리톤 상태에 쉽게 액세스 할 수 있음을 알 수 있습니다.오는 것을 밝혔다. 또한, 미소광 공진기와 주변 환경의 열교환에 의해 발생하는 열굴절 노이즈도 1 자리수 억제되어 분광,광 클록, 마이크로파 발생 등 솔리톤 콤의 잠재적 응용에매우 중요하다는 것이 밝혀졌다.

발표 내용:

최근, 커서리톤과 코히어런트 주파수 콤의 생성에 관한 연구가 활발하게 행해지고 있지만, 카(3차) 비선형성은 본질적으로 약하고,파라 메트릭 발진 임계 값으로 인해 높은 Q 값 공진기가 필요합니다.. 따라서, 본 연구에서는 2 차 비선형 성에 기초한 축퇴 광 파라 메트릭발진기 (DOPO)에서 워크 오프로 인한 시간리톤을 입증한다. 펌프와 신호 사이의 현저한 시간적 워크 오프존재하에 비정상 광 파라 메트릭 증폭에 의한 소산 2 차 솔리톤형성을 입증하고 강한 2 차 비선형 성으로 피코 줄 수준의 폰에서 상당한 펄스 압축이 가능함을 나타냅니다.이러한 결과는 파장 변환, 파장 다양성, 공진기 피네스 요구 사항 등실용적인 이점을 가진 순수한 2차 비선형성을 이용한 솔리톤 실현협조하는 것이다.

발표 내용:

포토닉 디바이스와 시스템의 성능은재료 구조의 제어가 필수적입니다.기판으로부터의 포토닉 재료의 광학적 분리는,이러한 성능을 크게 향상시킬 수 있지만,복잡한 제조 공정과 제한된 용도로 고생하고 있습니다.여기서는 폴리머 이중층(EOB)에 원스텝 전자빔 직접 쓰기를 기반으로 독립형 사진닉 구조를 제조하기 위해,차동 중합체 사슬 절단 전략이 제안되었다.전자빔에 대한 중합체의 분자량에 의존하는 감도에 의해,중합체의 두 층의 상이한 패터닝이 가능하며,매달린 미세 광 공진기가 직접 형성됩니다. EOB 기술은미세광 공진기의 높은 재료 적합성과 설계 유연성을 특징으로 합니다.. 이에 따라매달린 미세광 공진기의 적용 범위가 크게 확대됩니다.이 결과는 고성능 광자재를 구축하기 위한 다목적 전략제공뿐만 아니라,광학 미세 구조의 혁신적인 응용을위한 유망한 플랫폼양식을 제공합니다.

발표 내용:

Active metasurfaces promise reconfigurable optics with drastically improved compactness, ruggedness, manufacturability and functionality compared to their traditional bulk counterparts. Optical phase-change materials (PCMs) offer an appealing material solution for active metasurface devices Here we report a large-scale, electrically reconfigurable non-volatile metasurface platform based on optical PCMs. The optical PCM alloy used in the devices, Ge2Sb2Se4Te (GSST), uniquely combines giant non-volatile index modulation capability, a large reversible switching volume, enabling notably enhanced light–matter interactions within the active optical PCM medium. Capitalizing on these favourable attributes, we demonstrated quasi-continuously tuneable active metasurfaces with record half-octave spectral We further prototyped a polari zation-insensitive phase-gradient metasurface to realize dynamic optical beam steering.

발표 내용:

광 마이크로 나노 섬유 (MNF)의 표면 변화에 관한연속적인 연구는 여전히 초기 단계에 있으며, 보고된 독특한 메커니즘은오랜 수수께끼로 남아있었습니다. 본 논문에서는MNF에서 섬유 가열, 기계적 테이퍼 가공, 고출력 펄슬레이어 도파 과정의 복합적 상호작용을 고려함으로써,MNF의 표면 변화를 설명할 수 있는 일반적인 열-기계-광 활성화 메커니즘설립했다. 섬유 가열과 기계적 테이퍼 가공에 의한 결합 에너지루기가 크게 증가한다고 가정하여 실리콘 - 산소 결합글링 결합으로 절단하는 데 필요한 에너지는 고유 밴드 갭약 9eV에서 약 4.0eV로 크게 감소하고 고출력 펄스 레다 광자 흡수에 의해 MNF에 명백한 표면 변화를 유도것이 밝혀졌다. 마지막으로 계면활성제를 이용한 MNF의 표면수리, 감지 및 광전자에서 비선형 광학지금까지 유망한 응용 프로그램에 사용할 수 있음을 입증했습니다.본 성과는 미래의 성능 열화 방지와 실용적인 MNF 디바이스 응용에 대한길을 여는 것이다.

발표 내용:

파라 메트릭 증폭기는 지금까지 물리학에서 중요한 위치를 차지합니다.왔다. 그러나 현재의 파라 메트릭 증폭기는 고 이득,저소음을 양립하고 있는 것은 없고,이들을 양립 할 수있는 새로운 장치가 필요합니다.본 연구에서는 반도체에 의한 초 격자를 이용한 파라 메트릭 증폭기를세계에서 처음으로 작성하고 실증했다.

발표 내용:

포토닉 크리스탈(PhC) 및 위스퍼 갤러리 모드(WGM)의 개념을 융합한 기어와 같은 PhC 링 공진기를 소개합니다.한다. 이 "마이크로 기어" 포토닉 크리스탈 링 (MPhCR)마이크로 링 공진기의 내부 경계에 주기적 변조를 추가함으로써 PhC 공진기큰 밴드 갭을 가지며 WGM 공진기와 같은 원대칭외부 경계와 높은 Q 값을 함께 가지고 있습니다. 유전체 밴드 끝 근처에서 지금까지의 슬로우 라이트 디버의자 기록의 약 50 배의 Q 값을 가지면서 기존의 마이크로 링 모드에 비해 군 속도가 10배 느린 모드가 관측되었다. 또한,이 슬로- 라이트 설계를 출발점으로 PhC의 결함 모드에 WGM을 국재이렇게하면 기존 WGM에 비해 모드 볼륨을 10 배 이상 줄이면서 최대5.6±0.1)×10⁵높은 Q 값을 유지할 수 있음을 보여주었습니다. MPhCR은 그룹 속도 및 국소화와 같은 기본적인 광결정의 특성을 강하게 제어한다.센싱, 계측 공학, 비선형 광학, Cavity QED 등 폭넓은 포토닉스 응용을 위한 자극적인 플랫폼을 제공하는 것으로한다.

발표 내용:

비정상 분산 영역에서 발생하는 밝은 솔리톤과는 달리 정상 분산영역의 미세 광 공진기에서 발생하는 다크 솔리톤의 관측이보고되었다. 어두운 솔리톤의 발생을위한 자유 분산 설계 및 열 불안정성에 의한 영향이 작은 등의 이점이 있다. 이 논문에서는 미세 빛진기에서 어두운 밝은 솔리톤 쌍의 결합 상태를보고합니다.한다. 분산이 정반대이고 그룹 속도가 동일한 두 가지 모드를 여기시키고, 브라이토솔리톤으로 인한 Kerr 유도 상호 위상 변조 (XPM)수동적으로 어두운 솔리톤을 생성합니다. 미세광 공진기에 의한 다크밝은 솔리톤 쌍의 생성은 과거에는 예가 없으며 주파수 콤과 유사합니다.펙터를 가지면서 출력이 일정하다는 흥미로운 특성을 보여. 이러한 결과는 통신 시스템 및 초고속 광학과 같은 응용에 유용합니다.서 있다고 생각된다.

발표 내용:

멀티스펙트럼 광검출기는 가시(VIS), 근적외선(NIR)와 같은 여러 파장 범위의 광자를 감지 할 수있는 새로운바이스입니다. 이들 광 검출기로 취득한 화상 데이터는 인간의 시선각 정보를 넘는 추가 정보를 가지며, 열화상과 암시를 포함한 효과적인 물체식별 및 탐색에 사용할 수 있습니다. 단,이러한 기능은 다중 헤테로 접합과 선택적 흡수체의 결합으로 인해 발생합니다.하는 구조의 복잡성에 의해 방해됩니다. 본 연구에서는Ge/MoS2반 데르 발스 헤테로 접합 광 검출기에 의한 광전지그리고 광전도에 가까운 모드에서VIS및IR선택적 검출 기능나타납니다. 단일 픽셀을 사용한 단순화된 단일 극성 바이어스조작은 구조의 복잡성을 크게 줄이고 다중 스펙트럼의 선택적검출을 위한 주변 회로를 최소화할 수 있습니다.본 연구의 다중 스펙트럼 광 검출기는 자동 운전, 감시,컴퓨터 비전 및 생물 의학 이미징에 적용 가능능한VIS/NIR시각 통합을 위한 잠재적인 경로를 보여줍니다.

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타나베 포토닉 구조 연구실에서 개최하는 공개 논문 윤강입니다. 대학원생 이상의 학생이, 광과학, 재료, 바이오사이언스 등, 빛과 그 주변기술에 관련하는 논문을 조사해, 알기 쉽게 해설합니다.

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A. M. J. Zwerver, T. Krähenmann, T. F. Watson, L. Lampert, H. C. George, R. Pillarisetty, S. A. Bojarski, S. A. Bojarski, A. M. J. Zwerver
B. P. Amin, S. V. Amitonov, J. M. Boter, R. Caudillo, D. Correas-Serrano, J. P. Dehollain, G. Droulers, J. P. Dehollain, G. Droulers, J. M. Botter, R. Caudillo, D. Correas-Serrano, J. P.
E. M. Henry, R. Kotlyar, M. Lodari, F. Lüthi, D. J. Michalak, B. K. Mueller, S. Neyens, J. Roberts, J. Roberts, E. M. Henry
N. Samkharadze, G. Zheng, O. K. Zietz, G. Scappucci, M. Veldhorst, L. M. K. Vandersypen & J. S. Clarke

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