期刊俱樂部 2020 | 田邊光子結構組

期刊俱樂部

按年份（4 月至 12 月）

2020財政年度。

提出者：

WGM 諧振器具有手性對稱性，要控制 CW 與 CCW 方向的光輸出並不容易。本文透過改變泵浦光的強度，利用對稱破壞的方式開發出微型雷射光源。在此，實驗中實現了在 CW 方向上接近 160:1 的選擇比，此強固且可重構的系統未來可作為新的平台使用。

提出者：

由於光譜與微波或無線電頻率領域的頻率等距，光學頻率梳不僅可用於從微波參考值合成光學頻率，還可用於透過光學分頻生成超低噪音微波。在本研究中，透過結合兩個頻率梳，即 Soliton 微梳和半導體增益開關梳，展示了基於新型分頻技術的低雜訊微波產生技術。使用正弦電流驅動半導體雷射，並注入鎖定微腔孤子，將耗散孤子的頻譜純度鎖定為微梳重複頻率的整數倍。增益交換梳可輸出密集的光譜，將孤子微梳的線間距分割。由於其整合潛力，兩個晶片級裝置的整合為頻率梳技術的廣泛應用鋪路。

提出者：

最先進的微梳型 RF 濾波器需要脈衝整形器，增加了系統成本、佔地面積和複雜性。在這項工作中，我們展示了一種基於梳狀的 RF 濾波器，它利用了孤子梳狀，不需要額外的脈衝整形器。此外，許多微梳（microcomb）狀態（單 soliton 梳、雙 soliton 梳和完美 soliton 晶體）可應用於輕鬆重新配置 RF 濾波器。

提出者：

具有可飽和非線性的系統可帶來線性系統所沒有的各種現象。在本研究中，理論與實驗證明了加入矽石微腔的 Er 離子的可飽和非線性（可飽和吸收與增益）。結果顯示，對於低添加濃度的情況，孤立模型與實驗結果吻合得很好，並可作為分析高添加濃度情況下可飽和非線性的基本描述。然而，對於高添加濃度的情況，發現必須同時考慮 Er 離子的聚類效應，才能獲得與實驗數據的合理一致性。因此，改變離子濃度並實驗評估飽和非線性。實驗結果與理論高度一致，包括光雙穩定性和非線性奇偶性-時間對稱性。這些結果顯示了基於可飽和非線性理論的其他應用的可能性，例如光雙穩定性和非線性奇偶性-時間對稱性。

提出者：

長期控制模式鎖定雷射的載波包络相位 (CEP) 是超快光學和精密測量等應用的必要技術。在本文中，我們使用一個結合了前饋方法的短期控制和反饋方法的長期控制的控制系統，成功地穩定了一個 Er:Yb 模式鎖定雷射的 CEP，其準確度小於 14 mrad，且持續時間超過 75 小時。該控制系統的性能還針對外部環境的變化進行了評估。

提出者：

超導奈米線單光子探測器 (SNSPD) 是目前近紅外線波段領先的單光子計數技術，其效率超過 901 TP3T，抖動 <3 ps，重設時間幾 ns，暗計數率低於 Hz。然而，與超導轉換邊緣感測器 (TES) 和微波力學電感偵測器 (MKID) 不同，SNSPD 缺乏光子數解析度。在本文中，使用錐形傳輸線進行阻抗匹配，為 SNSPD 提供 kΩ 負載阻抗而無需閂鎖，同時以 50 Ω 連接讀出電子元件，使 SNSPD 輸出振幅對光子誘發熱點的數量敏感，並使更實際的光子數解析度成為可能。解析度。

提出者：

神經網路等機器學習技術作為奈米結構逆向問題的有力工具，已經引起了人們的關注。然而，由於奈米結構與其光學特性之間關係的複雜性，最佳解往往不是唯一的，這可能會造成演算法的收斂問題。本文使用一種稱為 Mixture 密度網路的演算法來分析此問題，並闡明其有用性。

提出者：

光車脈梳有潛力成為波分多工 (WDM) 通訊系統的重要元件，最近的實驗已證明其有潛力以每秒數十 Tbit 的速度進行高速通訊。然而，晶片級梳狀光源的輸出功率通常比傳統輸出功率低，需要額外的放大器，並會影響光訊號雜訊比 (OSNR)。本文研究梳狀功率和光載噪比 (OCNR) 對 WDM 效能的影響。此外，還以孤子梳為例，研究了線對線功率變化對可達成的 OSNR 和傳輸容量的影響。這些可能有助於比較不同類型的梳狀光源，並就可達成的傳輸效能為它們訂定基準。

提出者：

由於微光諧振器具有低模式體積和高 Q 值，因此可以實現非線性光參量振盪。這些研究的一個重要方面是相對共振頻率的控制。氮化矽諧振器的傳統方法是透過改變環狀諧振器的橫截面積來調整全局諧振模式。當要引入競爭的非線性過程時，此方法可能並不適用。本論文針對此問題提出解決方案，其中使用多重選擇性模式分割 (MSMS) 來調整目標共振頻率。

提出者：

可見光範圍內的波長可調式微激光器在照明技術、顯示和傳感方面扮演著重要的角色。然而，已知大多數的波長可調式微拉子都是以多模模式運作。在本研究中，透過在 WGM 諧振器中加入在可見光區域具有增益的物質，獲得了 RGB 發射。此外，透過耦合這些諧振器以僅擷取特定波長，進而開發出波長可調式單模雷射。

提出者：

耗散游標孤子可提供寬頻相干、低雜訊頻率掃描和穩定的時間脈衝列，並在光譜學、通訊和計量學領域展現出巨大的應用潛力。呼吸孤子是耗散游標孤子的一種特殊類型，其脈衝寬度和峰值強度呈現周期性振盪。這裡研究了氮化矽 (Si3N4) 微鏡片中的呼吸耗散孤子，模擬和實驗都顯示呼吸週期有大約兆赫 (MHz) 的不確定性。這種不穩定性是未來應用的一大障礙。藉由將調變訊號套用至泵浦雷射，呼吸頻率可以注入鎖定至調變頻率，並調整至數十 MHz 或更高頻率，同時大幅抑制頻率雜訊。我們的結果提供了控制微腔中孤子動態的第二個切入點，並為呼吸孤子的實際應用開闢了新的道路。

提出者：

在非線性光學效應中，誘導布里盧因散射在固體材料中顯示出最高的增益，並在波導中展現了先進的光子學功能。另一方面，誘導布里盧因散射的效率可以利用氣體的大可壓性來進一步改善。在本文中，我們利用在高壓下充滿氣體的空心纖維，實現了比實心矽纖維高出六倍以上的布里魯因放大率。此技術可應用於任何波段，顯示各種類型的光都可以在中空芯波導中放大。此外，還利用此機制實現了低閾布里盧因光纖雷射和高性能分散式溫度感測器，展示了中空芯光纖新的潛在應用。

提出者：

近年來，微光纖已經能夠達到 1 THz 的高重複率，這在許多領域都具有優勢，例如波長多工、相干取樣和自參考。然而，由於光電二極體和電子元件的頻寬有限，在此重複率下的偵測相當困難。本文報告了一種雙梳齒 Vernier 分頻方法 (「雙梳齒 Vernier 分頻方法」) 來解決這個問題。它使用一個自由運行的 216 GHz 游標孤子，並將主孤子的重複頻率從 197 GHz 取樣並分頻至 995 MHz。此示範放寬了微電腦重複頻率偵測的設備要求，可應用於光鐘和微波光子學等多個領域。

提出者：

儘管微梳可望應用於多種領域，但其低能源效率和難以控制的特性卻妨礙了其在現實世界中的應用。在此，藉由將雷射增益介質 (铒離子) 引入孤子微梳，實驗性地實現了手性孤子、靈活開關和可調的雙梳。透過調整铒增益，可以產生多孤子狀態，從而擴展了孤子能力範圍。

提出者：

低語廊模式 (WGM) 諧振器中非線性過程的連續微調 (波長的微調) 仍處於起步階段。微調是透過擴展內嵌由鈮酸鋰晶體組成的 WGM 諧振器的壓電裝置來實現的。此方法的優點包括比熱微調更小的色散和更高的速度。在本文中，利用此技術實現了 1 µm 附近泵浦光的連續無跳模微調，在 28 GHz 範圍內產生二次諧波，在 4.5 GHz 範圍內產生參數光振盪。

提出者：

本研究提出並實驗證明 PT 對稱可以在非空間參數的波長空間中實現。設計了一個波長空間 PT 對稱的 OEO（光學微波振盪器）來產生高品質的微波信號。研究顯示，與空間 PT 對稱系統相比，消除空間重疊可降低系統複雜性，並顯著提高穩定性。

提出者：

利用圓極化狀態的相干真空紫外光，可以觀察電子的自旋狀態和生物的分子結構等瞬間現象，並有望發現前所未有的新現象和新特性。然而，真空紫外區域的光線難以控制，而產生相干圓極化脈衝光也一直很困難。本論文描述了一種簡單方法的開發，透過將可見光區域的圓極化飛秒雷射光照射到四倍旋轉對稱光子晶體上，來轉換真空紫外線區域的圓極化光。

提出者：

100 GBd 資料傳輸實驗，使用調變方案 OOK 和 PAM4，適用於具有 0.7 dB 低相移插入損耗的矽-有機混合 Mach-Zehnder 調變器，線路速率可達 200 Gbit/s。位元錯誤率低於硬判斷前向錯誤校正 (HD-FEC) 7% 的臨界值，因此淨資料傳輸率為 187 Gbit/s。這是目前使用小於 1 mm 的矽光子 Mach-Zehnder 調變器所達到的最高 PAM4 資料傳輸率。.

提出者：

快速的雷射頻率操作是光載體中鎖相、穩頻和穩定傳輸的先決條件。雖然孤子微梳光源已在系統層級上展示為晶片級的頻率梳光源，但在 MHz 工作頻段上的鎖相到目前為止仍未在晶片上實現。在本研究中，我們使用單片集成的 AlN 致動器來執行高速孤子微梳驅動。

提出者：

電磁波誘導透明 (EIT) 是一種量子干涉效應，可抑制不透明介質對光的吸收，目前已被廣泛應用於慢速光產生、光儲存、頻率轉換和光量子記憶體等領域。在本研究中，透過控制光在諧振器中的傳播方向，在不需要外部控制溫度或光功率的新系統中實現了 EIT。

提出者：

單晶氮化鋁 (AlN) 具有強大的 Pockels 和 Kerr 非線性光學效應以及極大的帶隙，是非線性光學領域中極具吸引力的平台。本文首次以光刻技術製造出在 TE00 模式下具有高 Q 值 (2.1×10^6) 的藍寶石上蝕刻良好的整合式 AlN 微腔：以 406 mW 的功率從 TM00 模式激發出橫跨 1100 到 2150 nm 範圍內幾乎一個倍頻程的 Kerr 梳狀結構。模式以 406 mW 的功率激發。由於具有高度的限制性能，高階模式 TE10 模式也能以 316 mW 的功率激發跨度為 1270-1850 nm 的車梳。此外，在 Kerr 梳狀光的產生過程中，還觀察到由於諧波的產生而導致的可見光頻率轉換。本研究為建構以 AlN 為基礎的大型、低成本整合式非線性平台帶來了希望。

提出者：

近年來的研究已經使得使用 CMOS 相容的光子積體電路產生頻率梳成為可能。然而，目前所開發的孤子微梳頻很難用於微波光子學，因為它們的工作重複率遠遠超過傳統電子產品所能偵測的範圍。在本文中，我們展示了一種在兩個廣泛使用的微波頻段 X 波段 (~10 GHz) 和 K 波段 (~20 GHz) 中運作的孤子微梳。低雜訊光纖雷射所產生的梳狀微波信號，其相位雜訊等級可媲美現代電子微波振盪器。此外，如此低的孤子重複率對於未來高密度波分多工信道的產生非常重要，可有多種應用。

提出者：

以整合式 WGM 諧振器為基礎的拉曼雷射器已實現了從電信到生物檢測等多種應用。這些裝置利用 WGM 諧振器的高 Q 值來補償本身較低的矽拉曼增益，使誘導拉曼散射雷射振盪達到低於毫瓦的臨界值。然而，若要實現具有相同非線性光學效果的反斯托克斯拉曼散射雷射，二氧化矽的低拉曼增益會導致低振盪效率。在本研究中，透過在諧振器中加入金屬來改善裝置的效能。因此，SRS 的雷射振盪效率提高了 10 倍以上，而 SARS 的次毫瓦臨界值和效率也有所改善。

提出者：

發光太陽能聚光器 (LSC) 是一種光子管理裝置，可收集、引導並將太陽光集中到小區域，使太陽能發電更有效率。然而，所謂的光子損失是由於太陽能聚光器本身的光子損失所造成的。在本工作中，我們引進了一種簡便且低成本的光子聚光器。在這項工作中，我們介紹了一種簡便且低成本的方法來製造三維（3D）大孔光子水晶（PC）濾光器，作為一種高效的光子反射器，它可以塗覆在光子水晶上。我們證明，透過控制 PC 反射帶以匹配 QD 發光體的發射輪廓，PC 塗層的光捕獲效率可達到 100%。與傳統的 PC-LSC 相比，PC 塗層 LSC (PC-LSC) 的光捕獲效率可以從 73.3% 顯著提高到 95.1%。此外，我們還建立了一個考慮 PC 反射器效應的模擬模型。實驗與模擬結果顯示，PC 反射器所誘發的 LSC 裝置效能提升會隨著時間的增加而增加。事實上，模擬資料預測外部量子效率 (EQE) 和濃度因子 (C) 最多可提升 13.3 倍。此外，模擬結果也提供了對光子輸出 (EQE) 和濃度因子 (CQE) 之間關係的洞察力。我們的研究為未來設計與製造具有增強光子收集與聚光效率的 LSC 裝置提供了啟示。收集和聚光效率的 LSC 裝置。.

提出者：

近年來，耗散游標孤子之間的互動與多重化研究非常活躍。孤子分子（其中不同的孤子相互結合）有助於研究孤子之間的互動。在微光諧振器內形成的孤子分子只在同核孤子分子中被觀察到，在同核孤子分子中，由於色散波的作用，孤子相互結合的間距相對較大（至少比孤子寬度大）。例子包括多孤子和孤子晶體。
本文證實了異核孤子分子的形成，在異核孤子分子中，由於具有不同群速度的孤子之間的相互相位調變，孤子相互結合的間距比以前更窄（約為孤子的寬度或更小）。異核孤子分子的光譜顯示出不同於一般孤子的結構，可望應用於各種領域。

提出者：

山谷光子晶體 (VPhC) 是在光子積體電路 (PIC) 中實現拓樸保護光波導的一個具有吸引力的平台。在拓樸波導中實現慢光模式可進一步實現 PIC 的微型化和功能化。本文報告了一種在半導體板級 VPhC 中實現拓樸慢光波導的方法。

提出者：

目前已有許多使用光子晶體進行全光開關的研究。矽和 III-V 族半導體 (InGaAsP) 常常被用作光子晶體，但在本研究中，使用矽光子晶體和 InAsP/InP 奈米線進行開關，以利用兩者的優點。

提出者：

研究顯示，單個暗脈衝 carcom 可以產生足夠高的雜訊比，以傳送 1.84 Pbit / s 的資料。這是透過 223 WDM 以 32 Gbaud、DP-QAM 在 37 芯光纖上調變所達成的。

提出者：

近年來，微光諧振器中的頻率微束透過不同的物理現象，已達到接近雷射頻率微束的精確度。然而，到目前為止，對於微梳的動力現象起源和高功率穩定性的即時研究尚未完全實現。在本研究中，我們闡明了微蜂巢從混沌狀態到模式鎖定的過渡動態。此外，還提出了一種色散控制諧振器，作為理解快速諧振器動態和實現高功率微蜂巢的新平台。

提出者：

可飽和吸收體一直被用於產生高速脈衝，半導體可飽和吸收鏡 (SESAM)、石墨烯和碳奈米管已被廣泛使用，但近年來新的可飽和吸收體已被開發出來。在本研究中，首次展示了使用四氧化三鐵作為可飽和吸收體的鎖模脈衝，並測量了其特性。

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這是在田邊光子結構實驗室舉辦的公開系列講座。研究生以上程度的學生會調查與光學及相關技術（如光子學、材料、生物科學等）有關的論文，並以淺顯易懂的方式加以說明。

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