期刊俱乐部2019｜田辺光子结构组

期刊俱乐部

按年份（4-12月）划分

2019财政年度

演示文稿 :

使用光纤和微型光学谐振器产生的孤子被广泛地应用于各个领域。然而，当使用外部光源时，在相干性、模式间隔的控制和长时间操作方面仍然存在问题。在这项研究中，光学克尔效应是通过在谐振器中使用布里渊散射而产生的。使用这种技术，重复率可以从GHz变化到THz，而不需要改变谐振器的长度。

Laser & Photonics Review 13(2) - January 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。沈博强, Myoung-Gyun Suh, Ki Youl Yang, Cort Johnson, David M. S. Johnson, Leo Hollberg, Kerry J. Vahala, Kartik Srinivasan, Scott A. Diddams, JohnKitching, Scott B. Papp, and Matthew T. Hummon

演示文稿 :

近年来，光学原子钟已经达到了超过18个数量级的超高精度，但其庞大的体积和使用散装的方式阻碍了其广泛的应用。在这项研究中，通过使用两个氮化硅和二氧化硅的微型光学谐振器、一个锁频梳来产生时钟信号并在Rb蒸气池中分割光学转换频率，成功地制造了一个稳定性接近10^-13的光学原子钟。

演示文稿 :

一种将工作波长相隔几百纳米的多个硅(Si)光子器件集成在一个单体上的可行方法。这项工作展示了两个光子晶体的整合。这项工作展示了两个光子晶体纳米腔器件的集成，它们表现出超高的品质因子（Q），并在1.31和1.55微米波段工作。两个纳米腔的图案是通过电子束光刻技术在厚和薄的基底区域确定的，并且是制造的1.31微米纳米腔的所有尺寸为[1]15.5%小(1-1.31/1.55)比那些1.55微米的纳米腔；也就是说，它们可以用相同的光子带图来处理。表现出超高的Q值>2.0×106，并且能够制造出基于纳米腔的拉曼激光器，用于1.31/1.55微米波段，具有亚微瓦阈值。

演示文稿 :

DP-MZI作为一种方法被提出来，将微腔光频梳的主要功能集成到一个装置中。
除了生成稳定的DKS外，这种方法还可以控制fceo和frep。
实验研究了通过DP-MZI对fceo和frep的泵浦频率和功率调制的影响，随后展示了微共振器孤子梳的长期稳定性。
此外，通过TWDI对光纤进行参考，孤子通信的时间抖动被大大抑制。

演示文稿 :

光纤激光器的超短脉冲被广泛用于各地的研究和工业。虽然它们有许多优点，如紧凑和低成本，但将高强度脉冲限制在纤维中会产生不理想的非线性效应。在这里，通过使用这种非线性效应，制造了一个基于光纤激光器的放大器。放大的结果是光谱的带宽比增益带宽宽，脉冲宽度约为30 fs。

演示文稿 :

光学光谱学是一项重要的技术，能够在各种学科和研究领域进行光学分析。随着人们对设备的小型化和高分辨率的需求不断增加，实现这两点一直是一个挑战。在这项研究中，利用基于LN-SiN材料的波导结构制造了一个傅立叶变换光谱仪，并在近红外区域500纳米的宽波长范围内验证了高分辨率和紧凑的光谱仪结构。

演示文稿 :

利用谐振器实现高频声子和光之间的强耦合，可用于量子态传输、量子存储器。利用谐振器实现高频声子与光的强耦合，可用于量子态传输、量子存储器、量子变换等。此外，它也是基础物理研究中的一个关注领域。然而，在具有GHz以上机会振动模式的谐振器中，一直很难实现强耦合状态。
在这种情况下，本研究报告了利用布里渊散射和硅棒谐振器在11GHz下进行的光和射频声子之间的首次强耦合。

演示文稿 :

在本文中，我们提出了一个实现全光数字复用器的结构。提出的结构有两个输入，一个控制和一个输出端口。使用控制端口，人们可以决定哪个输入端口可以连接到输出端口。拟议的结构由两个非线性光子晶体环形谐振器（L形和T形）和一个直波导组成。拟议结构的总占地面积和最大延迟时间分别为479 um^2和3 ps。

演示文稿 :

耗散克尔孤子（DKS）是由微型光学谐振器中的非线性光学效应产生的脉冲串，与非线性光学和光学集成技术兼容。DKS的一种类型，即孤子晶体，是由多间隔fsr的梳状光谱产生的孤子状态，但其动态性还没有被详细了解。在这项研究中，通过求解LLE得出了孤子晶体的稳定区域，并通过改变泵浦光的失谐和功率验证了孤子晶体状态的变化。该成果有望应用于生成稳定的单孤子。

演示文稿 :

硅质光纤由于其无处不在和低损耗，在国际电信和物联网网络中是不可或缺的。在这项研究中，首次通过3D打印技术制造了单模和多模二氧化硅光纤。这种方法能够设计出具有传统光纤制造方法不可能实现的几何形状的纤维。

演示文稿 :

本文报告了基于微腔中时间耗散性克尔孤子的光脉冲序列的非线性滤波。实验结果与分析和数值建模相结合，表明孤子动力学可以存储比空腔能量守恒时间更长的系统物理状态的信息，从而使滤波器的宽度可以比空腔的固有线宽大一个数量级。它可以生产。这种非线性光学滤波在光学计量和产生低时间抖动的超短光脉冲方面有直接的应用，有可能在微波光子学方面开辟新的途径。

演示文稿 :

固体超短脉冲激光器的脉冲宽度受限于激光晶体的振荡带宽。由于这个原因，大约半个世纪以来，一直在努力扩大增益的振荡带宽。
在这里，我们报告了一种使用诱导拉曼散射的光谱增宽新方法，它显著缩短了脉冲宽度。同步泵送法一般用于使用诱导拉曼散射的光谱增宽。在这项研究中，光谱增宽是通过利用脉冲光源和拉曼散射的光谱实现的。该激光器是使用Yb:CALGO作为激光晶体的克尔透镜模式同步激光器，由于频谱变宽，脉冲宽度被缩短到1/3（22 fs）。

演示文稿 :

随机激光器作为不使用谐振器结构就能激怒的设备，历来引起人们的关注。然而，另一方面，由于其随机性，很难预测和控制设备的特性。在这项研究中，验证了通过控制赋予光子晶体结构的随机性，有可能控制激光的各种特性，包括其振荡波长和模式数量。

演示文稿 :

大规模的光学集成电路对于量子信息通信也将具有重要意义。然而，硅光子学和单光子源经常被独立研究。其原因是材料的不同，因为单光子源不能用硅光子学中常用的材料制作，不可避免地需要不同的材料。
因此，在本报告中，将介绍该研究小组采用的方法及其优势，并介绍以前结合硅光子学和单光子源的研究。

演示文稿 :

摘要：光学参数化过程能够产生新波长的相干电磁辐射。这实现了在广泛的波长范围内进行波长调制，这有望在从光谱学到量子信息处理等各种应用中找到应用。然而，现有的可调谐参量光源有限制其应用的缺点。在本文中，通过使用具有超高Q值的氟化镁晶体微光共振器来克服这些限制，从而制造出紧凑和高功率的器件，可以产生广泛的可调制侧波波段。研究了几个具有精确设计的色散轮廓的不同谐振器，每个谐振器都实现了几百纳米的可调制侧波带。除了观察从1,083纳米到2,670纳米整个光学八度的调制性外，还在4,000纳米处测量了一个中红外边带。所展示的装置有望提供一种低成本的、可在大范围内调制的光源。

演示文稿 :

光调制器最好具有低损耗、低驱动电压、宽带宽、高线性度、小尺寸和低制造成本的特点。不幸的是，到目前为止，很难同时实现这些指标中的许多指标。
在这项研究中，基于混合集成硅和铌酸锂平台，制造了马赫-泽恩德调制器，使上述指标同时得到满足。
性能评估表明，所提出的器件表现出2.5dB的插入损耗，在单驱动推挽操作中，电压-长度积为2.2V cm，线性度高，EO带宽至少为70 GHz，调制速率高达112 Gbit/s。
有了这些结果，所提出的平台为未来的高速、节能和低成本的光通信网络提供了新的可能性。

演示文稿 :

用激光活性介质制造的WGM谐振器可作为高效的相干光源。然而，为了达到如此高的输出性能，必须使用昂贵的激光源，其宽度为钳形，不适合于实际使用。在这项研究中，我们报告了一个WGM谐振器，尽管用廉价的激光二极管进行泵浦，但仍能稳定运行。传统的WGM谐振器的问题，如对高阶模式、振荡方向、低输出功率和稳定性的担忧，都得到了解决。

演示文稿 :

我们通过探索强度相关的非线性测量，展示了一个基于可饱和吸收的脉宽测量（SAPM）的概念验证。我们通过探索低维材料（LDM）碳纳米管的强度依赖性非线性传输（即可饱和吸收），展示了一个基于可饱和吸收的脉宽测量（SAPM）的概念验证。最小可检测的脉冲能量为10 fJ，Pav⋅ Ppk为LDMs的纳米级厚度和飞秒级衰减时间允许超快的光在一个非常小的占地面积上进行相互作用，这有可能支持以最小的失真进行超快脉冲的芯片级表征。

演示文稿 :

有许多不同类型的物理现象和原理产生了颜色。例子包括染料的选择性光谱中的光学吸收，微观和纳米尺度周期性结构中的分散和干扰。在这项研究中，实现了一种创造彩虹色结构色彩的新方法。为此，利用多层液滴、三维聚合物和固体颗粒进行了新的理论预测和验证。研究表明，可以在微观层面上设计可控的结构颜色。

演示文稿 :

为了加快芯片上的信息通信和信息处理，有必要将光子技术引入到迄今已开发的电子电路中。问题在于EO和OE转换部分的电容，电容值大意味着需要更多的电荷，导致转换效率降低。在这项研究中，光子晶体被用来实现超低电容。其结果是一个以世界上最低能量运行的EO调制器和一个无放大器的光接收机。此外，通过在单个芯片上结合这两个元素，制造了一个飞法拉阶的OEO晶体管，实现了波长转换、光放大和光开关的超低功率消耗。

演示文稿 :

我们提出了一种基于硅光子晶体缺陷波导的数据通信应用的石墨烯光电探测器。此外，它还被用作分裂门电极，以创造一个p-n结。此外，它还被用作分裂门电极，在光吸收区附近创造一个p-n结。光子晶体缺陷波导允许将石墨烯中发生的温度曲线最佳地转换为光电压，因为额外的硅光子晶体缺陷波导允许将石墨烯中发生的温度曲线最佳地转化为光电压，这是因为波导两侧有额外的硅板，与传统的槽形波导设计相比，增强了器件的响应。在0.4V的适度偏压下，我们得到了0.17A/W的光电反应率。

演示文稿 :

模拟光子链路需要高保真、高速的光-电转换，用于光纤无线通信、千米级设施的同步和低噪声电子信号生成等应用。光电探测器的非线性是一个特别麻烦的问题，在利用超短光脉冲的系统中造成信号失真和过度的噪音。在这里，我们展示了为高功率处理和高线性度而设计的光电探测器可以对超短光脉冲进行光-电转换，并在广泛的光电流范围内具有前所未有的线性度。
这项研究的结果是，与最先进的光电二极管相比，性能有了很大的提高，可实现的微波功率也有了很大的增加。

演示文稿 :

MIXSELs（模式锁定集成外腔表面发射激光器）是一种相对较新的半导体激光器。该谐振器是通过在单个晶圆上堆叠激光振荡和锁模所需的增益和可饱和吸收介质而构建的。尽管制造成本很高，但谐振器的长度可以通过层数来控制，使重复率从5GHz到100GHz，输出功率可高达几百毫瓦。
在这项研究中，用一种不同于传统制造方法的方法制造了一个重复率为2.7 GHz、脉冲宽度为150 fs、光谱宽度为13 nm（FWHM）、输出功率为30 mW的MIXSEL，并通过改进应变补偿、增益介质和热处理方法实现。在演讲中，将解释MIXSEL的结构和机制，与VECSEL（垂直腔面发射激光器）的比较和应用。

演示文稿 :

基于微型光学谐振器的光学频率梳（microcomb）采用集成光子技术，是一种很有前途的光源，在计量、通信和传感领域有广泛的应用。特别是，由氮化硅（Si3N4）制成的环形谐振器近年来被广泛使用，因为它们同时涵盖了集成度和高非线性。
在这项研究中，通过控制氮化硅谐振器的色散，在波长为1064纳米的激光泵浦下，产生了波长为767-1556纳米的一个八度的宽带微蜂窝。为了调整微蜂窝的模式频率，设计了一个包含75个不同尺寸的环形谐振器的芯片。这种单芯片频率梳源允许访问从近红外区域到电信波段的所有波长，这对原子光谱学很重要。

演示文稿 :

铌酸锂（LiNbO3）是一种著名的具有高二阶非线性的光学材料。特别是，关于LNs通过电光效应进行梳理的研究已经有超过25年的悠久历史。然而，LNs不能在二氧化硅基底上生长，而且由于其结构上的缺点，一直很难产生宽带梳。
近年来，已经实现了在二氧化硅基底上粘合LN的技术，在这项研究中，通过偏置微波电压，在二氧化硅基底上的LN波导被用来在非常宽的波长范围内（1560纳米-1640纳米）产生梳齿。此外，梳子的宽度可以通过改变偏置电压的频率自由改变，这种技术可以应用于片上双梳子的生成。

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这是一个在田边光子结构实验室举行的公开系列讲座。研究生以上水平的学生调查与光学和相关技术有关的论文，如光子学、材料、生物科学等，并以通俗易懂的方式加以解释。

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