期刊俱樂部 2021 | 田邊光子結構組

期刊俱樂部

按年份（4 月至 12 月）

2021 財政年度。

提出者：

本研究以數學方法探討了次諧波相位調變光泵浦微腔中完美孤子晶體 (PSC) 的產生。部分調變的泵浦頻率分量透過調變的泵浦模式與諧振器模式之間的游標效應耦合到微腔中，形成形成孤子的啁啾週期波。由於幫浦效率的提高，在 FSR 約為 10 GHz 的微光諧振器中已經證實有 5-20 個孤子的 PSC。此外，還證明透過移除調變器，可以在維持 PSC 狀態的同時降低泵浦功率。所提出的方案提供了研究孤子動態的新方法，並增加了應用孤子的自由度。

提出者：

自由電子束是研究微觀結構和成分的多功能探針。過去十年來，電子與光子的互動使得成像方法和 4D 顯微技術有了顯著的發展。然而，電子束通常只能與光線弱耦合，電子控制和檢測需要更強的相互作用。
在本研究中，使用耳語廊模式諧振器將自由電子束與諧振器模式耦合。
這成功地將傳播電子的光譜寬度擴大到 700 電子伏。

提出者：

近年來，光學積體電路因其成本低廉、可製造晶片大小的光學元件而備受關注。其中，雷射是光學積體電路中的重要元件，最近已透過多層異質積體與 SiN 波導完全整合。然而，在光電子應用集中的電信波長，由於模式轉換損耗大、諧振器設計未優化以及製造過程複雜等原因，具有高裝置良率和高輸出功率的雷射尚未出現。在本論文中，本
作者報告了一種高性能的 SiN 雷射，其輸出功率為數十毫瓦，並透過 SiN 波導實現了次 kHz 基本線寬，解決了上一節所述的問題。

提出者：

Soliton 梳子作為一種緊湊型光學頻率梳光源備受關注，但其低轉換效率卻是一個問題。本文利用脈衝激發低色散的氮化矽諧振器，實現了高效率、寬頻帶的 Soliton 梳。激發光的抖動對孤子梳的影響得到了定量的澄清。

提出者：

該論文展示了使用 IMDD 方案將單個雷射激發的微腔頻率梳用於高速資料傳輸：30 Gb/s NRZ 調變方案和 60 Gb/s PAM4 調變方案的資料傳輸速率分別為 120 Gb/s 和 240 Gb/s，傳輸距離超過 2 km 光纖。資料傳輸率超過 PSM4 (Parallel Single Mode) 和 CWDM4 (Course Wavelength Division Multiplex) 多訊源協議中指定的可達距離、單線資料傳輸率和總計資料傳輸率。與背對背的特性比較，0.1 dB 的極低功率損耗也顯示出使用 CMOS 相容微諧振器頻率梳的高速資料傳輸，對於成本和功率敏感的資料中心收發器產業而言，是一項可行的技術。該技術已在對成本和功耗敏感的數據中心收發器行業中開發成功。

提出者：

超表面是由奈米結構的次波長陣列所組成的人工材料，可作為相位控制的工具，實現多樣化的波前工程。在本文中，我們利用非熱性超表面奇異點附近的拓樸特性，展示了一種新穎的相位控制機制。

提出者：

利用 3D 打印的微流控芯片直接疊加在光電路上，展示了一種零能耗的矽微菱鏡諧振器共振頻率調諧方法。實驗中使用了不同濃度的 NaCl 溶液，例如，在 NaCl 濃度約 10% 時，共振頻率移動可達到自由光譜區以上。

提出者：

控制物理系統的拓樸特性是開發抗缺陷裝置和技術的基礎。本文提出一個光子平台，其基本動態是由拓樸、非密性和非線性的互動所驅動和調整。利用光子晶格與雷射編寫的波導連續（「增益」）或分裂（「損失」），並與界面缺陷耦合，展示了奇偶性-時間對稱性的非線性控制，以及非赫米提拓扑狀態的非線性恢復或破壞。此類概念可應用於各種具有強度依賴性增益與損失的非ermitian 系統，開啟了操控光的新方法的可能性。

提出者：

光學神經網路 (ONN) 是使用層疊式 Mach-Zehnder 干涉儀 (MZI) 實現的，是傳統深度學習硬體的潛在替代方案。但由於 MZI 的關係，需要較大的佔用空間。本文新解決了這個問題，使用具有奇偶時間對稱性的耦合器來取代 MZI，並提出了相較於使用 MZI 的 ONN 實作速度更快、能量更低的可能性。

提出者：

耗散弧孤子是在微腔中產生的鎖模脈衝，在通訊和光譜學上有多種潛在應用。然而，要確定地產生基本孤子狀態仍然很困難。在本研究中，我們從理論上證明，透過持續地將高能量脈衝觸發應用於外部連續波驅動泵浦，不僅可以確定地演化基本孤子態，還可以確定地演化多重孤子態和孤子晶體態。由於不需要掃描連續波泵浦頻率，因此此方法具有產生整套解決方案(turnkey soliton generation)的潛力。

提出者：

實現了由孤子微電腦產生的 52 線路超級信道，在 80 公里傳輸中達到高達 10 bit/s/Hz 的頻譜效率，在 2100 公里傳輸中達到 6 it/s/Hz 的頻譜效率。在符號率接近梳狀器重複率的情況下，直接從微型裝置的輸出產生寬頻波形的可行性和優點得到了證明。

提出者：

近年來，利用散射體進行波面建模，已使光學操控超越傳統光學，例如可在無像差的情況下對亞波長進行聚焦。然而，需要對散射體進行輸入輸出測量，而測量上的挑戰是實用上的障礙。在此，本論文的內容透過使用事先已知設計的隨機元曲面來克服這項挑戰。此外，藉由使用元表面，可將成像範圍擴大至約 8 mm 的視場，並採用高孔徑聚焦。

提出者：

報告了一種基於 SiO2 微環形諧振器的光 MEMS。利用帶有圖案電極的 WGM 諧振器，透過「電容調整」實現了諧振模式的快速調諧。這種調諧方式可實現從無線電頻率到光學頻率的高效率頻率轉換，以及光學開關等應用。

提出者：

量子光源，尤其是在所有自由度上都無法區分的相關光子對，是光量子計算和模擬的基礎。這類光源最近已利用整合光電子技術實現，但其對單一元件（如環狀諧振器）的依賴限制了其調節所產生光子之間的光譜和時間相關性的能力。在本研究中，我們在一個由二維陣列諧振器組成的拓樸系統中，利用雙泵浦自發四波混合技術，實現了無區別光子對的可調節光源。在這項研究中，利用拓樸邊緣狀態的線性色散（約 3.5 倍）來調整光譜頻寬，並透過調整兩個泵浦頻率來調整產生的光子之間的量子干涉。此外，能量-時間的糾纏已被證實，而且該光源的拓樸穩健性已透過數值模擬得到確認。這項工作的成果可帶來可調式頻率多工量子光源，以實現光量子技術。

提出者：

具有時空軌道角動量的光（ST-OAM）是最近發現的一種結構化局部電磁場，具有時空螺旋相位結構和橫向本質軌道角動量。本文將介紹 ST-OAM 脈衝二次諧波的產生與特性。實驗也顯示出一般 ST-OAM 的非線性，類似於傳統光的軌道角動量。

提出者：

在本研究中，我們使用旋轉微腔來進行耗散孤子的非互易控制。此處的非互惠性是由於 Sagnac-Fizeau 光阻力效應所造成，此效應會為沿諧振器旋轉方向和反方向移動的光產生不同的孤子狀態。此結果提供了一條通往基於孤子的光隔離器和單向孤子通訊的可行路徑。

提出者：

本文理論上研究了在誘導拉曼散射和高階色散的影響下，矽微腔中呼吸暗脈衝和拉曼克爾梳的產生。與拉曼增益線寬相比，暗脈衝只存在於 FSR 相對較大的微腔中。高階色散誘發的暗脈衝主要取決於三階色散係數的振幅和符號，其特性也受到拉曼輔助四波混合過程的影響。瞭解它們的存在，將有助於更好地理解在呈現常態色散的微腔中與拉曼 Kerr 梳形成相關的不穩定性，並在實際應用中避免這些不穩定性。此外，透過色散波產生的寬頻 MIR 微梳，可讓諧振器的製造和在法向色散占優勢的平台上獲取頻率梳時有更大的自由度。

提出者：

铌酸锂（LN）具有较大的二阶和三阶非线性光学系数，并已应用于多种领域。然而，拉曼效應與 LN 中其他非線性光學效應之間的互動關係尚未得到很好的研究。本文針對 LN 基微腔的拉曼效應進行評估。非線性光學效應所產生的光 Kercombs，並評估拉曼效應對光 Kercombs 產生的影響。

提出者：

光子晶体激光器（或光子晶体表面发射激光器 (PCSEL)）具有二维排列的增益和损耗部分，其中损耗部分由可饱和吸收体组成，可实现传统半导体激光器难以实现的低成本、紧凑型、高峰值功率（数十瓦至数百瓦或更高）的短脉冲操作。PCSEL)) 提出。考慮到載子和光子之間的互動，分析和設計了 PCSEL 的增益和損耗行為，並證明其結構可在實際中實現穩定的高峰值功率短脈衝操作。

提出者：

Turnkey Solitons 只需施加電流即可產生 Soliton 梳子，去年在 Nature 報導時引起了很大的轟動。透過直接將微型光學諧振器耦合至半導體雷射，並誘導自注入鎖定，雷射可自動重新調諧，省去了控制雷射波長的複雜機制。透過在同一個基板上形成半導體雷射和氮化矽諧振器（之前是在不同的晶片上形成），這篇論文成功地進一步整合了交鑰匙孤子，使其更接近於多波長光源的實際應用。

提出者：

以 WGM 微腔為基礎的光頻彙流在 WDM 傳輸系統中獲得高頻譜和高能量效率方面具有很大的潛力。然而，對於矽微球的通訊應用研究甚少。本論文利用矽微球對 200 GHz 光頻梳進行數值研究與最佳化，並模擬其在四通道 WDM 傳輸系統中的實作。

提出者：

偏振控制是一項非常重要的技術，有許多可能的應用。然而，現有的偏振光學只能在單一橫向面操控偏振。本文提出一種新穎的元表面，它與入射偏振無關，並可沿著傳播方向提供任意的偏振回應。此技術允許在設計元表面時有更大的自由度，並可擴大元表面在更多情況下的使用。

提出者：

利用液體製造光學裝置是一個引人入勝的研究領域。由於液體的固有特性，透過可重構的形狀控制來調整光學元件的頻率一直被認為是困難的。本文利用噴墨方法，在水溶液表面製造出一個完全由液體組成的 WGM 微激光器，並利用表面活性劑控制水溶液與 WGM 微激光器之間的表面張力，成功地調整出激光的頻率，同時維持可重構的幾何形狀。這項技術也用於感測水溶性有機化合物。此研究成果可望應用於微觀層級的流體感測與生物感測。

提出者：

量子電腦可以執行某些對於經典電腦來說太笨重的計算。波子取樣就是這樣的一種計算，在本研究中，將 50 個不可辨識的單模擠壓狀態輸入到具有完全連通性和隨機矩陣的 100 模超低損耗干涉儀中，並使用 100 個高效率單光子偵測器進行取樣。輸出狀態空間的維度為 10^30，取樣速度比使用最先進的超級電腦快 10^14，其結果是輸出狀態空間為 10^30。

提出者：

具有例外點 (EPO) 的非赫米特系統有可能在從光子學、聲學、光學、電子學到原子物理的各個領域中誘發許多奇特的現象。本文將介紹一種具有耦合光參量振盪器 (OPO) 的非赫米特 (non-Hermite) 系統，並強調其相較於傳統非赫米特 (non-Hermite) 系統的優勢，而傳統非赫米特 (non-Hermite) 系統則取決於雷射的增益與損耗。特別要指出的是，由於兩個耦合 OPO 所造成的光譜奇偶對稱性破壞，並提出其退化與非退化操作之間的 EP。

提出者：

在微光諧振器中藉由誘發布里盧因散射產生布里盧因雷射，並以布里盧因雷射作為激發光，在同一個諧振器中產生耗散克爾孤子。
在此技術中，輸入光線相對於諧振頻率是藍色變調的，而產生的布里盧因雷射可以是紅色變調的，因此只要利用雷射壓電器進行簡單的波長掃描，就可以獲得單一的孤子。此外，由於所產生的布里盧因雷射具有超窄線寬和低雜訊的特性，因此觀察到的孤子顯示出窄梳線和穩定的重複率。

提出者：

第五代 (5G) 無線存取網路可望在資料傳輸率、功耗和頻寬方面有更好的表現，這對 5G 的無源光網路 (PON) 也不例外。
本研究利用垂直腔表面發射雷射 (VCSEL) 的增益切換所產生的光頻梳，展示了資料與時鐘訊號的無誤同步傳輸。此技術可應用於下一代波分複用無源光網路系統 (WDM-PON)。在未來的 WDM-PON 中，需要增加通道容量和嚴格的延遲監控，本研究的結果顯示，以 VCSEL 為基礎的光頻梳可用作光源，以實現簡單且節能的網路。

提出者：

由等間距時間脈衝組成的 Soliton 晶體是實現超高重複率的有效方法。本文研究了在非線性模式耦合的情況下產生孤子晶體的問題。結果顯示，在適當的波向量錯配和非線性耦合係數條件下，完美的孤子晶體可以可靠地實現。

提出者：

在本研究中，針對矽光子細線波導提出了具有大模尺寸的新型光纖尖端邊緣耦合器方法。邊緣耦合器結構是一種多工結構，由嵌入 SiO2 上覆層的多個氮化矽層、彎曲波導和兩個光斑尺寸轉換器 (SSC) 部分組成。邊緣耦合器是針對 SMF-28 光纖設計的，在波長 1550 nm 時，模場直徑 (MFD) 為 8.2 µm，整體耦合率為 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。

提出者：

實用量子運算的趨勢已導致運行量子演算法的可編程機器激增。本文提出一個使用整合奈米光子技術來執行多光子量子電路的系統。

提出者：

當光偵測器偵測到微光諧振器上產生的孤子梳時，可產生數十至數百 GHz 的 RF 訊號，視重複率而定。此類 RF 訊號的相位雜訊特性優於訊號產生器，因此可望成為下一代 RF 訊號源。本文將透過數值計算與經驗實驗闡明相位雜訊的因素，以達到更高的效能。

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