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Engineering

एक माइक्रोरेसोनेटर में सोलिटन क्रिस्टल की तेजी से पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव माप

Published: December 15, 2021 doi: 10.3791/60689
Automatic Translation
*1,2, *1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2
1State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), 2University of Chinese Academy of Sciences
* These authors contributed equally

Summary

यहां, हम थर्मल ट्यून विधि का उपयोग करके तितली-पैक माइक्रो-रिंग अनुनादक में सॉलिटन क्रिस्टल उत्पन्न करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। इसके अलावा, एक एकल रिक्ति के साथ एक सॉलिटन क्रिस्टल की पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव को विलंबित स्व-हेट्रोडीन विधि का उपयोग करके मापा जाता है।

Abstract

लौकिक solitons एक स्थिर राज्य में अपने व्यवहार के लिए पिछले दशकों में बहुत रुचि को आकर्षित किया है, जहां फैलाव एक प्रचार Kerr माध्यम में nonlinearity द्वारा संतुलित है । उच्च क्यू माइक्रोकैविट्स में क्षय केर सॉलिटन (डीकेएसएस) का विकास एक उपन्यास, कॉम्पैक्ट, चिप-स्केल सॉलिटन स्रोत चलाता है। जब डीकेएसएस फेम्टोसेकंड दालों के रूप में काम करता है, तो पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव अल्ट्राहाई सटीक मेट्रोलॉजी, हाई-स्पीड ऑप्टिकल सैंपलिंग और ऑप्टिकल घड़ियों आदि पर लागू किया जा सकता है। इस पेपर में, डीकेएसएस की एक विशेष स्थिति, सोलिटन क्रिस्टल (एससी) की तेजी से पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव जहां कण की तरह सोलिटन कसकर पैक किए जाते हैं और पूरी तरह से एक अनुनादक पर कब्जा करते हैं, को प्रसिद्ध विलंबित आत्म-हेट्रोडीन विधि के आधार पर मापा जाता है। अनुसूचित जाति थर्मल नियंत्रित विधि का उपयोग करके उत्पन्न होती है। पंप 100 हर्ट्ज की लाइनविड्थ के साथ एक फ्रीक्वेंसी फिक्स्ड लेजर है। आवृत्ति उतार-चढ़ाव माप में अभिन्न समय देरी फाइबर की लंबाई से नियंत्रित होता है। एक ही रिक्ति के साथ एक अनुसूचित जाति के लिए, पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव क्रमशः 10 μs के भीतर ~ 53.24 हर्ट्ज और ~ 509.32 हर्ट्ज हैं।

Introduction

माइक्रोरिसोनेटर में स्थिर डीकेएसएस, जहां गुहा फैलाव को केर गैर-चित्रण द्वारा संतुलित किया जाता है, साथ ही केर गेन और गुहा अपव्यय1ने वैज्ञानिक अनुसंधान समुदाय में अपनी अल्ट्रा-उच्च पुनरावृत्ति दर, कॉम्पैक्ट आकार और कम लागत2के लिए बहुत रुचि को आकर्षित किया है। समय डोमेन में, डीकेएसएस स्थिर पल्स ट्रेनें हैं जिनका उपयोग उच्च गति माप3 और आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी4के लिए किया गया है। फ्रीक्वेंसी डोमेन में डीकेएसएस में समान फ्रीक्वेंसी स्पेसिंग के साथ फ्रीक्वेंसी लाइनों की एक श्रृंखला होती है जो वेवलेंथ-डिवीजन-मल्टीप्लेक्स (डब्ल्यूडीएम) कम्युनिकेशंस सिस्टम5,6,ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी संश्लेषण7, 8औरअल्ट्रा-लो शोर माइक्रोवेव जनरेशन9,10आदि के लिए उपयुक्त हैं । चरण शोर या कंघी लाइनों की लाइनविड्थ सीधे इन आवेदन प्रणालियों के प्रदर्शन को प्रभावित करती है। यह सिद्ध हो चुका है कि सभी कंघी लाइनों में पंप11के साथ एक समान लाइनविड्थ है। इसलिए, एक पंप के रूप में एक अल्ट्रा-संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर का उपयोग करना डीकेएसएस के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एक प्रभावी दृष्टिकोण है। हालांकि, सबसे रिपोर्ट किए गए डीकेएसएस के पंप आवृत्ति व्यापक बाहरी गुहा डायोड लेजर (ECDLs) हैं, जो अपेक्षाकृत उच्च शोर से पीड़ित हैं और दसियों से सैकड़ों केहर्ट्ज के आदेश पर एक व्यापक लाइनविड्थ है। ट्यून करने योग्य लेजर की तुलना में, फिक्स्ड-फ्रीक्वेंसी लेजर में कम शोर, संकरा लाइनविड्थ और छोटी मात्रा होती है। उदाहरण के लिए, मेनलो सिस्टम 1 हर्ट्ज से कम लाइनविड्थ के साथ अल्ट्रा-स्थिर लेजर उत्पाद प्रदान कर सकते हैं। पंप के रूप में इस तरह की आवृत्ति फिक्स्ड लेजर का उपयोग करने से उत्पन्न डीकेएसएस के शोर को काफी कम किया जा सकता है। हाल ही में डीकेएस पीढ़ी12,13,14के लिए माइक्रोहीटर या थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (टीईसी) आधारित थर्मल ट्यूनिंग विधियों का उपयोग किया गया है।

दोहराव दर स्थिरता डीकेएसएस का एक और महत्वपूर्ण पैरामीटर है। आम तौर पर, एक गेट समय के भीतर डीकेएसएस की आवृत्ति स्थिरता को चित्रित करने के लिए आवृत्ति काउंटरों का उपयोग कियाजाताहै, जो आम तौर पर एक हजार सेकंड15, 16के लिए माइक्रोसेकंड के क्रम पर होता है। फोटोडिटेक्टर और फ्रीक्वेंसी काउंटर की बैंडविड्थ द्वारा सीमित, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलर या संदर्भ लेजर का उपयोग आमतौर पर पता लगाया गया आवृत्ति को कम करने के लिए किया जाता है जब डीकेएसएस की फ्री-स्पेक्ट्रल-रेंज (एफएसआर) 100 गीगाहर्ट्ज से अधिक है। यह न केवल परीक्षण प्रणालियों की जटिलता को बढ़ाता है, बल्कि आरएफ स्रोतों या संदर्भ लेजर की स्थिरता के कारण अतिरिक्त माप त्रुटियों का उत्पादन करता है।

इस पेपर में, एक माइक्रो-रिंग अनुनादक (एमआरआर) एक वाणिज्यिक टीईसी चिप के साथ पैक किया जाता है जिसका उपयोग ऑपरेशन तापमान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। एक पंप के रूप में 100 हर्ट्ज की एक लाइनविड्थ के साथ एक आवृत्ति फिक्स्ड लेजर का उपयोग करना, सॉलिटन क्रिस्टल (एससी) मैन्युअल रूप से ऑपरेटिंग तापमान को कम करके उत्पन्न होते हैं; ये विशेष डीकेएसएस है कि पूरी तरह से सोलिटन्स17कापॅ्पोरटिंग के सामूहिक रूप से आदेश दिया कलाकारों की टुकड़ी के साथ एक अनुनादक भर सकते हैं . हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, यह DKSs पीढ़ी प्रयोगों में सबसे संकीर्ण लाइनविड्थ पंप है । प्रत्येक कंघी लाइन के पावर स्पेक्ट्रल घनत्व (पीएसडी) स्पेक्ट्रम को विलंबित स्व-हेट्रोडीन इंटरफेरोमीटर (डीएसी) विधि के आधार पर मापा जाता है। कंघी लाइनों के अल्ट्रा-संकीर्ण लाइनविड्थ से लाभान्वित होकर, सोलिटन क्रिस्टल (एससी) की पुनरावृत्ति दर अस्थिरता पीएसडी वक्र्स के केंद्रीय आवृत्ति बहाव से ली गई है। एक ही रिक्ति के साथ अनुसूचित जाति के लिए, हमने 10 माइक्रोन के भीतर ~ 53.24 हर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर अस्थिरता और 125 माइक्रोन के भीतर ~ 509.32 हर्ट्ज प्राप्त की।

प्रोटोकॉल में कई मुख्य चरण होते हैं: सबसे पहले, एमआरआर को छह-एक्सिस कपलिंग चरण का उपयोग करके फाइबर सरणी (एफए) के साथ युग्मित किया जाता है। एमआरआर को उच्च सूचकांक वाले डॉप्ड सिलिका ग्लास प्लेटफॉर्म18, 19द्वारा निर्मित कियागयाहै। फिर, एमआरआर को 14-पिन तितली पैकेज में पैक किया जाता है, जो प्रयोगों के लिए स्थिरता को बढ़ाता है। अनुसूचित जाति थर्मल नियंत्रित विधि का उपयोग करके उत्पन्न होती है। अंत में, अनुसूचित जाति की पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव को डीएसी विधि द्वारा मापा जाता है।

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Protocol

1. ऑप्टिकल युग्मन

  1. 5 मिनट के लिए पानी के साथ मिश्रित 1.5 माइक्रोन घर्षण पाउडर (एल्यूमीनियम ऑक्साइड) का उपयोग करके एक पीस प्लेट पर एमआरआर के अंत-चेहरे को पॉलिश करें।
  2. एक चिप स्थिरता के साथ एमआरआर को ठीक करें और छह-एक्सिस कपलिंग चरण पर आठ-चैनल एफए रखें, जिसमें 50 एनएम के संकल्प के साथ तीन रैखिक चरण और 0.003 डिग्री के संकल्प के साथ तीन कोण चरण शामिल हैं। एमआरआर और एफए के पैच 250 माइक्रोन हैं।
  3. कपलिंग दक्षता की वास्तविक समय की निगरानी के लिए ऑप्टिकल स्रोत के रूप में 1,550 एनएम लेजर का उपयोग करें। ध्यान से एफए की स्थिति को समायोजित जब तक इनसेट नुकसान न्यूनतम मूल्य तक पहुंचता है, आम तौर पर कम से कम 6 डीबी, प्रति पहलू 3 डीबी से कम की एक युग्मन हानि के अनुरूप ।
  4. एमआरआर और एफए को गोंद करने के लिए एक पराबैंगनी (यूवी) घुमावदार चिपकने वाला(सामग्री की तालिका) काउपयोग करें। चिपकने वाले को संपर्क सतह के किनारे पर रखें, जो यह सुनिश्चित करता है कि ऑप्टिकल पथ पर कोई गोंद न हो।
  5. यूवी-घुमावदार चिपकने वाले को 150 एस के लिए एक यूवी लैंप में बेनकाब करें और 1 घंटे से अधिक के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर एक कक्ष में बेक करें।

2. डिवाइस पैकेजिंग

  1. चांदी के गोंद का उपयोग करके मानक 14-पिन तितली पैकेज के बेसप्लेट के लिए 3.9 डब्ल्यू की अधिकतम शक्ति के साथ 10.2 मिमी x 6.05 मिमी टेक चिप को कॉन्ट्लुटिनेट करें। मिलाप तितली पैकेज के दो पिनों के लिए टेक चिप के दो इलेक्ट्रोड।
  2. चांदी गोंद का उपयोग कर TEC चिप की सतह × 5 मिमी × 5 मिमी टंगस्टन प्लेट पेस्ट करें। टीईसी और एमआरआर के बीच के गैप को भरने के लिए टंगस्टन प्लेट को हीट सिंक के रूप में इस्तेमाल करें।
  3. चांदी गोंद का उपयोग कर टंगस्टन प्लेट के शीर्ष पर एमआरआर डिवाइस पेस्ट करें और एफए की पिगटेल को तितली पैकेज के आउटपुट पोर्ट पर ठीक करें।
  4. चांदी के गोंद का उपयोग करते हुए टीईसी चिप की सतह पर एक थर्मिस्टर चिप चिपकाएं। थर्मिस्टर के एक इलेक्ट्रोड को टीईसी चिप की शीर्ष सतह से कनेक्ट करें। वायर बॉन्ड थर्मिस्टर के अन्य इलेक्ट्रोड और आरईसी चिप की शीर्ष सतह सोने के धागे का उपयोग करके तितली पैकेज के दो पिनों के लिए।
  5. चांदी के गोंद को जमना करने के लिए 1 घंटे के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर पैक डिवाइस बेक करें।
  6. तितली पैकेज को सील करें। चित्रा 1 पैक डिवाइस दिखाता है।

3. अनुसूचित जाति उत्पादन

  1. चित्रा 2 प्रयोगों के सेट-अप को दर्शाता है। माइक्रो कंघी पीढ़ी के लिए पंप को बढ़ावा देने के लिए एक एर्बियम-डॉप फाइबर एम्पलीफायर (EDFA) का उपयोग करें। फाइबर ध्रुवीकरण नियंत्रक (एफपीसी) का उपयोग करके पंप की ध्रुवीकरण स्थिति को नियंत्रित करें। सिंगल मोड फाइबर (एसएमएफ) का उपयोग करके सभी उपकरणों को कनेक्ट करें।
  2. 1,556.3 एनएम पर पंप लेजर की तरंगदैर्ध्य को ठीक करें। मैन्युअल रूप से एक बाहरी वाणिज्यिक टीईसी नियंत्रक के माध्यम से ऑपरेशन तापमान को ट्यून करें।
  3. ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम एनालाइजर के साथ आउटपुट ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम की निगरानी करें। 3 गीगा हर्ट्ज फोटोडिटेक्टर के साथ आउटपुट पावर ट्रेस का पता लगाएं और ऑसिलोस्कोप के साथ रिकॉर्ड करें।
  4. 34 डीबीएम के लिए EDFA के उत्पादन सेट, 30.5 डीबीएम की एक पर चिप शक्ति के अनुरूप (एमआरआर और एफए के युग्मन नुकसान पर विचार, एफपीसी के नुकसान डालें), जो यह सुनिश्चित करता है कि माइक्रो कंघी उत्पादन के लिए एमआरआर में युग्मित पर्याप्त शक्ति है।
  5. थर्मिस्टर को 2 kΩ सेट करें, जो 66 डिग्री सेल्सियस के ऑपरेटिंग तापमान के अनुरूप है। फिर धीरे-धीरे थर्मिस्टर के निर्धारित मूल्य को बदलकर ऑपरेटिंग तापमान को कम करें। इन प्रयोगों में, जब थर्मिस्टर को 5.8 kΩ, 38 डिग्री सेल्सियस के अनुरूप सेट किया गया था, तो एमआरआर की एक प्रतिध्वनि पंप से गुजरी और एक त्रिकोणीय आकार शक्ति ट्रेस दर्ज किया गया।
  6. एफपीसी द्वारा पंप के ध्रुवीकरण को तब तक ट्यून करें जब तक कि त्रिकोणीय ट्रांसमिशन पावर ट्रेस के गिरते किनारे पर एससी कदम नहीं देखा जाता। चित्रा 3 एक ठेठ ऑप्टिकल ट्रांसमिशन पावर ट्रेस दिखाता है।
  7. धीरे-धीरे ऑपरेशन के तापमान को ~ 66 डिग्री सेल्सियस से कम करें और जब ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम एनालाइजर पर हथेली की तरह ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम देखा जाता है तो बंद हो जाता है। इन प्रयोगों में थर्मिस्टर का मूल्य लगभग 5.6 kΩ था। चित्रा 4A और चित्रा 5B क्रमशः एक ही रिक्ति के साथ सही अनुसूचित जाति और अनुसूचित जाति के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा दिखाते हैं ।

4. पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव माप

  1. एक व्यक्तिगत कंघी लाइन निकालने के लिए उत्पन्न एससी को एक टन्नेबल बैंडपास फिल्टर (टीबीपीएफ) से कनेक्ट करें। टीबीपीएफ का पासबैंड 01 एनएम तक सेट करें। इसकी केंद्रीय तरंगदैर्ध्य को पूर्ण सी और एल बैंड पर ट्यून किया जा सकता है। फिल्टर स्लोप 400 डीबी/एनएम है।
  2. एक असममित मच-Zehnder इंटरफेरोमीटर (AMZI) के लिए चयनित कंघी लाइन युगल । एएमजीी की एक शाखा में ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी को एक एसीओस्टो-ऑप्टिक मॉड्यूलर (एओएम) का उपयोग करके 200 मेगाहर्ट्ज द्वारा स्थानांतरित कर दिया गया है। दूसरी बांह में ऑप्टिकल क्षेत्र ऑप्टिकल फाइबर के एक खंड से देरी हो रही है । इन प्रयोगों में 2 किमी और 25 किमी के विलंब फाइबर का उपयोग किया जाता है।
  3. एक फोटोडिओड के साथ आउटपुट ऑप्टिकल सिग्नल का पता लगाएं और एक विद्युत स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग करके पीएसडी स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करें।
  4. टीबीपीएफ की केंद्रीय तरंगदैर्ध्य को ट्यून करें। वर्णित विधि का उपयोग करके हर कंघी लाइन के PSDs को मापें। चित्रा 4बी, सी क्रमशः 2 किमी और 25 किमी विलंब ऑप्टिकल फाइबर के साथ सही अनुसूचित जाति के कंघी लाइनों S1 और S2 के लिए PSD स्पेक्ट्रा से पता चलता है ।
  5. इसी विधि का उपयोग करके, रिक्ति के साथ अनुसूचित जाति के पीएसडी वक्र्स को मापें। पीएसडी कर्व के 3 डीबी बैंडविड्थ रिकॉर्ड करें और इसे टुकड़े-टुकड़ेफिट करें जैसा कि चित्र 5बी, सीमें दिखाया गया है। 10 माइक्रोन के भीतर ~ 53.24 हर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव और 125 माइक्रोन के भीतर ~ 509.32 हर्ट्ज प्राप्त किए गए।

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Representative Results

चित्रा 3 ट्रांसमिशन पावर ट्रेस से पता चलता है, जबकि एक गूंज थर्मल पंप भर में देखते थे । एक स्पष्ट शक्ति कदम था जिसने अनुसूचित जाति के उत्पादन का संकेत दिया था । इस कदम के पास इसके अग्रदूत, मॉड्यूलेशनल अस्थिरता कंघी की तुलना में समान शक्ति थी। इसलिए एससी का उत्पादन गति पर निर्भर नहीं था। अनुसूचित जाति ने रिक्तियों (शॉटकी दोष), फ्रेंकेल दोषों और अधिसंरचना12, 17सहित राज्यों की एक महान विविधता का प्रदर्शन किया । उदाहरण के रूप में, चित्रा 4A 27 सॉलिट के साथ एक आदर्श अनुसूचित जाति दिखाता है और चित्रा 5 ए एक एकल रिक्ति के साथ एक अनुसूचित जाति है।

μकंघी लाइन की आवृत्ति के बराबर होती है

Equation 1

और μकंघी लाइन की आवृत्ति में उतार-चढ़ाव के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

Equation 2

जहां μ पंप से दूर मोड नंबर है, एफप्रतिनिधि अनुसूचित जाति की पुनरावृत्ति दर है, और एंपपंप और एफप्रतिनिधि क्रमशः पंप लेजर की आवृत्ति उतार-चढ़ाव और अनुसूचित जाति की पुनरावृत्ति दर है। इसलिए, अनुसूचित जाति की पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव μ आवृत्ति रेखा पर μ बार लगभग परिलक्षितहोता था।

सही अनुसूचित जाति के लिए, चित्रा 4बी, सी पंप, S1 और S2 के लिए मापा PSD स्पेक्ट्रा से पता चलता है, एक 2 किमी और एक 25 किमी देरी फाइबर के आधार पर, क्रमशः । पीएसडी वक्र्स की सबसे उल्लेखनीय विशेषताएं फ्लैट टॉप थीं, जो देरी के समय के भीतर आवृत्ति में उतार-चढ़ाव के कारण हुई थीं। जब देरी का समय 10 माइक्रोन था, तब S1 और S2 की आवृत्ति में उतार-चढ़ाव क्रमशः 2.08 किलोहर्ट्ज और 3.54 किलोहर्ट्ज थे। जब देरी फाइबर 25 किमी था, S1 और S2 के मापा आवृत्ति उतार चढ़ाव क्रमशः १४.३१ kHz और २८.०२ kHz थे ।

चित्रा 5A एक ही रिक्ति के साथ अनुसूचित जाति के ठेठ ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम से पता चलता है । एमआरआर में 27 सोलिटन घूम रहे थे। प्रत्येक कंघी रेखा के मापा आवृत्ति उतार चढ़ाव की साजिश रची गई थी और चित्र 5बी, सीमें दिखाया गया है । टुकड़े-टुकड़े रैखिक फिटिंग लाइनों को नीली लाइनों में प्लॉट किया जाता है जिसे व्यक्त किया जा सकता है

Equation 3
Equation 4

फिटिंग लाइनों की औसत ढलानों के बारे में ५३.२४ Hz/FSR और ५०९.३२ Hz/FSR, जो 10 μs और १२५ μs के जवाबी देरी समय के भीतर अनुसूचित जाति की पुनरावृत्ति दर में उतार चढ़ाव का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्रमशः थे । अवशिष्ट आवृत्ति उतार-चढ़ाव को एओएम के संचालित रेडियो सिग्नल की आवृत्ति उतार-चढ़ाव के साथ पंप लेजर की आवृत्ति उतार-चढ़ाव के रूप में माना जाता था।

Figure 1
चित्रा 1. तितली पैक एमआरआर। (A)तितली पैक एमआरआर का मॉडल और(बी)चित्र। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2। केर ओएफसी जनरेशन और पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव मापन का प्रायोगिक सेटअप। इनसेट एक ही रिक्ति के साथ एक विशिष्ट अनुसूचित जाति के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। 100 हर्ट्ज की एक लाइनविड्थ के साथ एक आवृत्ति तय CW लेजर पंप के रूप में इस्तेमाल किया गया था। 34 डीबीएम तक पंप को बढ़ावा देने के लिए एक EDFA का उपयोग किया गया था। आवृत्ति में उतार-चढ़ाव को विलंबित स्व-हेट्रोडीन इंटरफेरोमीटर विधि से मापा गया था। CW = निरंतर लहर; EDFA = एर्बियम-डॉप फाइबर एम्पलीफायर; एफपीसी = फाइबर ध्रुवीकरण नियंत्रक; TEC = थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर; एमआरआर = माइक्रो-रिंग अनुतादक; बीपीएफ = बैंडपास फिल्टर; एओएम = एसीओटो-ऑप्टिक मॉड्यूलर; पीडी = फोटोडायोड; ईएसए = विद्युत स्पेक्ट्रम विश्लेषक। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3। ड्रॉप पोर्ट पर ऑप्टिकल ट्रांसमिशन पावर ट्रेस। एक अनुसूचित जाति कदम है कि अपने अग्रदूत के लिए इसी तरह की शक्ति थी स्पष्ट रूप से प्राप्त किया है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4. परफेक्ट SC। (क)एक परिपूर्ण अनुसूचित जाति के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम मापा । इनसेट एमआरआर में समान रूप से बांटे गए 27 सोलिटन्स को दिखाता है। (ख)2 किमी विलंब फाइबर के साथ पंप, S1 और S2 के पीएसडी घटता मापा । (ग)25 किमी देरी फाइबर के साथ पंप, S1 और S2 के PSD घटता मापा । फ्लैट-टॉप पीएसडी कर्व कंघी लाइनों के तेजी से आवृत्ति उतार-चढ़ाव के कारण हुआ था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5। एक ही रिक्ति के साथ अनुसूचित जाति। {अनुसूचितजाति का ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम जिसमें एक ही रिक्ति है। इनसेट एमआरआर में सोलिटन डिस्ट्रीब्यूशन को दिखाता है। (ख)2 किमी विलंब फाइबर के साथ आवृत्ति में उतार-चढ़ाव। 10 माइक्रोन के भीतर पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव लगभग 53.24 हर्ट्ज था। पंप लेजर और माप प्रणाली द्वारा शुरू की गई आवृत्ति में उतार-चढ़ाव लगभग 500 हर्ट्ज था।(C)25 किमी विलंब फाइबर के साथ पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव 125 माइक्रोन के भीतर लगभग 626 हर्ट्ज था। पंप लेजर और माप प्रणाली द्वारा शुरू की आवृत्ति उतार चढ़ाव के बारे में 1 kHz था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6. ऑप्टिकल सुसंगत लंबाई सापेक्ष देरी समय से बड़ा होने पर फोटोकरंट का सिद्धांत पीएसडी। लाल रेखा कोई केंद्रीय आवृत्ति उतार-चढ़ाव नहीं दिखाती है। ब्लू लाइन लीनियर केंद्रीय आवृत्ति उतार-चढ़ाव के साथ पीएसडी प्रस्तुत करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

ऑन-चिप डीकेएसएस उपन्यास कॉम्पैक्ट सुसंगत ऑप्टिकल स्रोत प्रदान करता है और ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी, आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी और अन्य कार्यों में उत्कृष्ट अनुप्रयोग संभावनाओं का प्रदर्शन करता है। वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए, कॉम्पैक्ट पैक माइक्रो कंघी स्रोत आवश्यक हैं। यह प्रोटोकॉल एक पैक माइक्रो-कंघी बनाने के लिए एक व्यावहारिक दृष्टिकोण प्रदान करता है जो एमआरआर और एफए के बीच विश्वसनीय, कम कपलिंग लॉस कनेक्शन के साथ-साथ एक मजबूत थर्मल-नियंत्रित डीकेएस उत्पादन विधि से लाभ उठाता है। इसलिए, हमारे प्रयोग अब युग्मन मंच निर्भर नहीं हैं और उत्कृष्ट पर्यावरण अनुकूलन का प्रदर्शन करते हैं। इस बीच, पंप एक तरंगदैर्ध्य तय लेजर है जिसे संकरा लाइनविड्थ के साथ संचालित किया जा सकता है, काफी कम शोर पैदा करता है, और ट्यून करने योग्य लेजर की तुलना में बहुत छोटा है। इसलिए, प्रोटोकॉल एकीकृत उच्च प्रदर्शन पर चिप DKSs स्रोतों के संभावित वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण है ।

पूरी तरह से एकीकृत अनुसूचित जाति स्रोत प्राप्त करने की मुख्य सीमा उच्च पंप शक्ति है, जिसे ईडीएफए की आवश्यकता है। हाल ही में, डीकेएसएस बहुत कम पंप शक्ति के साथ एसआईएन एमआरआर पर महसूस किया गया है। इसलिए हमारा मानना है कि निकट भविष्य में व्यावहारिक पूरी तरह से एकीकृत डीकेएस स्रोत बनाए जाएंगे ।

पुनरावृत्ति दर की स्थिरता ओएफसी के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है। आम तौर पर, पुनरावृत्ति दर स्थिरता को आवृत्ति काउंटर का उपयोग करके मापा जाता है। हालांकि, माइक्रो-कॉम्ब्स की पुनरावृत्ति दरें आमतौर पर दसियों गीगाहर्ट्ज से THz के आदेश पर होती हैं, जो आवृत्ति काउंटरों और फोटोडिटेक्टर्स की बैंडविड्थ से बाहर है। इसलिए, अप्रत्यक्ष तरीकों, जैसे कि संदर्भ लेजर स्रोत या मॉड्यूलर, आमतौर पर पुनरावृत्ति दर स्थिरता माप के लिए उपयोग किए जाते हैं, जो माप प्रणाली की जटिलता को बढ़ाता है। हमारा प्रोटोकॉल एक DSHI आधारित पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव मापन योजना प्रदान करता है, जहां उच्च आवृत्ति घटक और अल्ट्रा-स्थिर संदर्भ स्रोत अनावश्यक हैं। सिस्टम में ऊपरी पुनरावृत्ति दर सीमा नहीं है। हमारा सिस्टम विलंब समय के दौरान संचित आवृत्ति में उतार-चढ़ाव को मापता है, जबकि आवृत्ति काउंटर-आधारित विधि गेट समय में औसत मूल्य का परीक्षण करता है। इसलिए, हमारी योजना आवृत्ति काउंटर आधारित पुनरावृत्ति दर स्थिरता माप प्रणालियों के पूरक है।

पंप लेजर की लाइनविड्थ एक DSHI आधारित पुनरावृत्ति दर उतार-चढ़ाव माप योजना के लिए आवश्यक है। जब एक ऑप्टिकल फ़ील्ड

Equation 5

एक DSHI योजना द्वारा मापा जाता है, फोटोकरंट के PSD स्पेक्ट्रम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

Equation 6

जहां ई0 और ω0आयाम और कोणीय आवृत्ति, क्रमशः कर रहे हैं; φ ऑप्टिकल क्षेत्रका प्रारंभिक चरण है; α दो हस्तक्षेप हथियारों का शक्ति अनुपात है; मैं0 इनपुट ऑप्टिकल तीव्रता है; क्रमशः ऑप्टिकल क्षेत्र का सापेक्ष विलंब समय और सुसंगत समय है; और Ω एओएम की आवृत्ति पारी है। जब सी डी से अधिक है, तो पीएसडी एक बीटिंग सिग्नल और एक डिराक फ़ंक्शन का ओवरलैप होगा, जैसा कि चित्र 6 (लाल रेखा) में दिखाया गया है। हालांकि, लेजर की आवृत्ति में उतार-चढ़ाव को देखते हुए, ऑप्टिकल क्षेत्र के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

Equation 7

जहां ω कोणीय आवृत्ति उतार-चढ़ाव है। DSHI के लिए, एक अतिरिक्त आवृत्ति बदलाव जोड़ा जाता है। चित्रा 6 (नीली रेखा) गणना पीएसडी स्पेक्ट्रम दिखाता है, जहां विलंब समय के दौरान ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी को 10 किलोहर्ट्ज में बदलाव किया जाता है। इसके विपरीत, जब डी सी कम होताहै,तो डिराक फ़ंक्शन नगण्य होगा, और हमारी योजना अब डीकेएसएस की पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव को माप नहीं सकती है। हमारी योजना डीकेएसएस के लिए उपयुक्त नहीं है जो दसियों किलोहर्ट्ज के आदेश पर एक लाइनविड्थ के साथ पंप लेजर का उपयोग करके उत्पन्न होता है। सौभाग्य से, 1 हर्ट्ज से कम की एक लाइनविड्थ के साथ एक लेजर का व्यावसायीकरण किया गया है, और 40 मेगाहर्ट्ज से कम की लाइनविड्थ के साथ बंद फिक्स्ड-फ्रीक्वेंसी लेजर20बनाए गए हैं। इसलिए, हमारी योजना भविष्य में माइक्रो-कंघी प्रदर्शन मूल्यांकन के लिए एक सरल तेजी से पुनरावृत्ति दर अस्थिरता माप विधि प्रदान करती है।

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Disclosures

लेखकों की घोषणा है कि वे कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की है ।

Acknowledgments

इस काम को नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (एनएसएफसी) (ग्रांट 62075238, 61675231) और चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (ग्रांट नं) के स्ट्रैटेजिक प्रायोरिटी रिसर्च प्रोग्राम ने सपोर्ट किया । XDB24030600) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
6-axis coupling stage Suruga Seiki KXC620G
KGW060		 Contains 3 linear motorized translation states and 3 angular motorized rotational stages.
Linear state: Minimum stepping: 0.05 μm; Travel: 20mm; Max.speed: 25mm/s; Repeatability: +/-0.3 μm; Rotational stage:Travel: ±8°; Resolution/pulse: 0.003 degree; Repeatability:±0.005°
Abrasive powder Shenyang Kejing Auto-Instrument Co., LTD 2980002 Silicon carbide, granularity: 1.5 μm
Glue 3410 Electronic Materials Incorporated Optocast 3410 Optocast 3410 is an ultra violet light and heat curable epoxy suitable for opto-electronic assembly. It cures rapidly when exposed to U.V. light in the 320-380 nm.
High-index doped silica glass Home-made - The MRR is fabricated by a high index doped silica glass platform. The waveguide section is 2×3 μm and radius is 592.1 μm, corresponding to FSR of 49 GHz.
Pump laser NKT Photonics E15 It is a continuous wave fiber laser with linewidth of 100 Hz.
Ultrastable Laser Menlosystems ORS State-of-the-art linewidth (<1Hz) and stability (<2 x 10-15 Hz)

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इंजीनियरिंग अंक 178 फोटोनिक्स एकीकृत प्रकाशिकी ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कंघी पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव
एक माइक्रोरेसोनेटर में सोलिटन क्रिस्टल की तेजी से पुनरावृत्ति दर में उतार-चढ़ाव माप
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Xie, P., Wang, X., Wang, W., Zhang, W., Lu, Z., Wang, Y., Zhao, W. Rapid Repetition Rate Fluctuation Measurement of Soliton Crystals in a Microresonator. J. Vis. Exp. (178), e60689, doi:10.3791/60689 (2021).

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