Name: Schnelle Variation der Wiederholrate Messung von Solitonkristallen in einem Mikroresonator (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-12-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: Lernen Sie die thermische Abstimmungsmethode zur Erzeugung von Solitonkristallen in einem Mikroringresonator. Dieses Protokoll demonstriert die Messung von Wiederholratenschwankungen mittels verzögerter Selbstheterodynmethode.

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Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (NSFC) (Grant 62075238, 61675231) und dem Strategic Priority Research Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Grant No. XDB24030600).

1. Optische Kopplung
<ol><li>Polieren Sie die Endfläche des MRR auf einer Schleifplatte mit 1,5 μm schleifenden Pulvern (Aluminiumoxid) gemischt mit Wasser für 5 min.</li>
	<li>Fixieren Sie die MRR mit einer Chip-Halterung und platzieren Sie eine achtkanalige FA auf einer sechsachsigen Koppelstufe, die drei lineare Stufen mit einer Auflösung von 50 nm und drei Winkelstufen mit einer Auflösung von 0,003° umfasst. Die Patches der MRR und FA sind 250 μm.</li>
	<li>Verwenden Sie einen 1.550 nm Laser als optische Quelle zur Echtzeitüberwachung des Kopplungswirkungsgrades. Stellen Sie die Position des FA vorsichtig ein, bis der Einschubverlust den Mindestwert erreicht, typischerweise weniger als 6 dB, was einem Kopplungsverlust von weniger als 3 dB pro Facette entspricht.</li>
	<li>Verwenden Sie einen ultravioletten (UV) gekrümmten Klebstoff (Tabelle der Materialien), um die MRR und FA zu kleben. Legen Sie den Klebstoff auf die Seitenkante der Kontaktfläche, wodurch sichergestellt wird, dass sich kein Klebstoff auf dem optischen Pfad befindet.</li>
	<li>Den UV-gekrümmten Klebstoff 150 s einer UV-Lampe aussetzen und in einer Kammer bei 120 °C länger als 1 h backen.</li>
</ol>2. Geräteverpackung
<ol><li>Kleben Sie einen 10,2 mm x 6,05 mm GROßEN TEC-Chip mit einer maximalen Leistung von 3,9 W mit Silberkleber auf die Grundplatte eines Standard-14-poligen Butterfly-Gehäuses. Löten Sie die beiden Elektroden des TEC-Chips an zwei Pins des Butterfly-Gehäuses.</li>
	<li>Kleben Sie eine 5 mm × 5 mm × 1 mm Wolframplatte mit Silberkleber auf die Oberfläche des TEC-Chips. Verwenden Sie die Wolframplatte als Kühlkörper, um die Lücke zwischen TEC und MRR zu schließen.</li>
	<li>Kleben Sie das MRR-Gerät mit Silberkleber an die Oberseite der Wolframplatte und befestigen Sie den Pigtail des FA am Ausgangsanschluss des Schmetterlingspakets.</li>
	<li>Kleben Sie einen Thermistor-Chip mit Silberkleber auf die Oberfläche des TEC-Chips. Verbinden Sie eine Elektrode des Thermistors mit der Oberseite des TEC-Chips. Verbinden Sie die andere Elektrode des Thermistors und die Oberseite des TEC-Chips mit Goldgewinde mit zwei Pins des Schmetterlingspakets.</li>
	<li>Backen Sie das verpackte Gerät bei 100 °C für 1 h, um den Silberkleber zu erstarren.</li>
	<li>Verschließen Sie das Schmetterlingspaket. Abbildung 1 zeigt das verpackte Gerät.</li>
</ol>3. Generierung von SCs
<ol><li>
Abbildung 2 zeigt den Aufbau der Experimente. Verwenden Sie einen Erbium-dotierten Faserverstärker (EDFA), um die Pumpe für die Mikrokammerzeugung zu verstärken. Steuern Sie den Polarisationszustand der Pumpe mit einem Faserpolarisationsregler (FPC). Verbinden Sie alle Geräte über Singlemode-Fasern (SMF).</li>
	<li>Fixieren Sie die Wellenlänge des Pumplasers auf 1.556,3 nm. Manuelles Einstellen der Betriebstemperatur über einen externen kommerziellen TEC-Controller.</li>
	<li>Überwachen Sie das optische Ausgangsspektrum mit einem optischen Spektrumanalysator. Erfassen Sie die Ausgangsleistungsspur mit einem 3-GHz-Photodetektor und nehmen Sie sie mit einem Oszilloskop auf.</li>
	<li>Stellen Sie den Ausgang des EDFA auf 34 dBm ein, was einer On-Chip-Leistung von 30,5 dBm entspricht (unter Berücksichtigung der Kopplungsdämpfung von MRR und FA, Insert-Verlust des FPC), wodurch sichergestellt wird, dass genügend Leistung in den MRR für die Mikrokammerzeugung eingekoppelt ist.</li>
	<li>Stellen Sie den Thermistor auf 2 kΩ, was einer Betriebstemperatur von 66 °C entspricht. Verringern Sie dann langsam die Betriebstemperatur, indem Sie den eingestellten Wert des Thermistors ändern. In diesen Experimenten, wenn der Thermistor auf 5,8 kΩ eingestellt wurde, was 38 ° C entspricht, ging eine Resonanz der MRR durch die Pumpe und eine dreieckige Leistungsspur wurde aufgezeichnet.</li>
	<li>Stimmen Sie die Polarisation der Pumpe durch den FPC ab, bis ein SC-Schritt an der fallenden Kante der dreieckigen Sendeleistungsspur beobachtet wird. Abbildung 3 zeigt eine typische optische Transmissionsleistungsspur.</li>
	<li>Verringern Sie langsam die Betriebstemperatur von ~ 66 ° C und stoppen Sie, wenn ein handflächenartiges optisches Spektrum auf dem optischen Spektrumanalysator beobachtet wird. Der Wert des Thermistors lag in diesen Experimenten bei etwa 5,6 kΩ. Abbildung 4A und Abbildung 5B zeigen die optischen Spektren perfekter SCs bzw. SCs mit einer einzigen Vakanz.</li>
</ol>4. Messung der Fluktuation der Wiederholrate
<ol><li>Schließen Sie die generierten SCs an einen abstimmbaren Bandpassfilter (TBPF) an, um eine einzelne Kammleitung zu extrahieren. Legen Sie das Passband des TBPF auf 0,1 nm fest. Seine zentrale Wellenlänge kann über das gesamte C- und L-Band abgestimmt werden. Die Filterneigung beträgt 400 dB/nm.</li>
	<li>Koppeln Sie die ausgewählte Kammlinie mit einem asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (AMZI). Die optische Frequenz in einem Arm des AMZI wird mit einem akusto-optischen Modulator (AOM) um 200 MHz verschoben. Das optische Feld im anderen Arm wird durch ein Segment der optischen Faser verzögert. In diesen Experimenten werden Verzögerungsfasern von 2 km und 25 km verwendet.</li>
	<li>Erfassen Sie das optische Ausgangssignal mit einer Fotodiode und analysieren Sie das PSD-Spektrum mit einem elektrischen Spektrumanalysator.</li>
	<li>Stimmen Sie die zentrale Wellenlänge des TBPF ab. Messen Sie die PSDs jeder Kammlinie mit der beschriebenen Methode. Abbildung 4B,C zeigt die PSD-Spektren für die Kammlinien S1 und S2 der perfekten SCs mit den 2 km bzw. 25 km Verzögerungswellenleitern.</li>
	<li>Messen Sie mit der gleichen Methode die PSD-Kurven von SCs mit einer Vakanz. Zeichnen Sie die Bandbreite der PSD-Kurve von 3 dB auf und passen Sie sie linear stückweise an, wie in Abbildung 5B, Cgezeigt. Es wurden Wiederholratenschwankungen von ~53,24 Hz innerhalb von 10 μs und ~509,32 Hz innerhalb von 125 μs abgeleitet.</li>
</ol>

<ol><li>Herr, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+solitons+in+optical+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Temporal solitons in optical microresonators.</a> Nature Photonics. 8, 145-152 (2014).</li>
<li>Li, J., Lee, H., Chen, T., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-pump-power%2C+low-phase-noise%2C+and+microwave+to+millimeter-wave+repetition+rate+operation+in+microcombs%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Low-pump-power, low-phase-noise, and microwave to millimeter-wave repetition rate operation in microcombs.</a> Physical Review Letters. 109, 1-5 (2012).</li>
<li>Trocha, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+optical+ranging+using+microresonator+soliton+frequency+combs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ultrafast optical ranging using microresonator soliton frequency combs.</a> Science. 359, 887-891 (2018).</li>
<li>Myoung-Gyun, S., Qi-Fan, Y., Ki Youl, Y., Xu, Y., Kerry, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microresonator+soliton+dual-comb+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microresonator soliton dual-comb spectroscopy.</a> Science. 354, 600-603 (2016).</li>
<li>Marin-Palomo, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microresonator-based+solitons+for+massively+parallel+coherent+optical+communications%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Microresonator-based solitons for massively parallel coherent optical communications.</a> Nature. 546, 274-279 (2017).</li>
<li>Fang-Xiang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+key+distribution+with+dissipative+Kerr+soliton+generated+by+on-chip+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Quantum key distribution with dissipative Kerr soliton generated by on-chip microresonators.</a> arXiv. , (2018).</li>
<li>Spencer, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical-frequency+synthesizer+using+integrated+photonics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">An optical-frequency synthesizer using integrated photonics.</a> Nature. 557, 81-85 (2018).</li>
<li>Del'Haye, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase-coherent+microwave-to-optical+link+with+a+self-referenced+microcomb%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Phase-coherent microwave-to-optical link with a self-referenced microcomb.</a> Nature Photonics. 10, 516-520 (2016).</li>
<li>Huang, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+broadband+chip-scale+optical+frequency+synthesizer+at+2.7x10-16+relative+uncertainty%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advance%22%5BJournal%5D)">A broadband chip-scale optical frequency synthesizer at 2.7x10-16 relative uncertainty.</a> Science Advance. 2, 1501489(2016).</li>
<li>Liang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+spectral+purity+Kerr+frequency+comb+radio+frequency+photonic+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">High spectral purity Kerr frequency comb radio frequency photonic oscillator.</a> Nature Communications. 6, 7957(2015).</li>
<li>Liao, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dependence+of+a+microresonator+Kerr+frequency+comb+on+the+pump+linewidth%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Dependence of a microresonator Kerr frequency comb on the pump linewidth.</a> Optics Letters. 42, 779-782 (2017).</li>
<li>Wang, W. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+soliton+crystals+in+a+thermally+controlled+microresonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Robust soliton crystals in a thermally controlled microresonator.</a> Optics Letters. 43, 2002-2005 (2018).</li>
<li>Chaitanya, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermally+controlled+comb+generation+and+soliton+modelocking+in+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Thermally controlled comb generation and soliton modelocking in microresonators.</a> Optics Letters. 41, 2565-2568 (2016).</li>
<li>Lu, Z. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deterministic+generation+and+switching+of+dissipative+Kerr+soliton+in+a+thermally+controlled+micro-resonator%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+Advances%22%5BJournal%5D)">Deterministic generation and switching of dissipative Kerr soliton in a thermally controlled micro-resonator.</a> AIP Advances. 9, 025314(2019).</li>
<li>Jost, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Counting+the+Cycles+of+Light+using+a+Self-Referenced+Optical+Microresonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optica%22%5BJournal%5D)">Counting the Cycles of Light using a Self-Referenced Optical Microresonator.</a> Optica. 2, 706-711 (2014).</li>
<li>Brasch, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-referenced+photonic+chip+soliton+Kerr+frequency+comb%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+%26+Applications%22%5BJournal%5D)">Self-referenced photonic chip soliton Kerr frequency comb.</a> Light: Science & Applications. 6, 16202-16206 (2017).</li>
<li>Cole, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soliton+crystals+in+Kerr+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Soliton crystals in Kerr resonators.</a> Nature Photonics. 11, 671-676 (2017).</li>
<li>Little, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+VLSI+photonics+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Conference+on+Optical+Fiber+Communication%22%5BJournal%5D)">A VLSI photonics platform.</a> Conference on Optical Fiber Communication. 86, 444-445 (2003).</li>
<li>Wang, W. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-pump+kerr+micro-cavity+optical+frequency+comb+with+varying+FSR+spacing%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Report%22%5BJournal%5D)">Dual-pump kerr micro-cavity optical frequency comb with varying FSR spacing.</a> Scientific Report. 6, 28501(2016).</li>
<li>Kessler, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sub-40-m+Hz-linewidth+laser+based+on+a+silicon+single-crystal+optical+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">A sub-40-m Hz-linewidth laser based on a silicon single-crystal optical cavity.</a> Nature Photonics. 6, 687-692 (2012).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

On-Chip-DKS bieten neuartige kompakte kohärente optische Quellen und weisen hervorragende Anwendungsaussichten in der optischen Messtechnik, Molekülspektroskopie und anderen Funktionen auf. Für kommerzielle Anwendungen sind kompakt verpackte Mikrokammquellen unerlässlich. Dieses Protokoll bietet einen praktischen Ansatz zur Herstellung eines verpackten Mikrokamms, der von der zuverlässigen, verlustarmen Verbindung zwischen MRR und FA sowie einer robusten thermisch gesteuerten DKS-Erzeugungsmethode profitiert. Daher sind ...

Die stetigen DKSs in Mikroresonatoren, bei denen die Hohlraumdispersion durch Kerr-Nichtlinearität ausgeglichen wird, sowie dieKerr-Verstärkungund die Hohlraumdissipation 1 haben in der wissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft aufgrund ihrer ultrahohen Wiederholrate, kompakten Größe und niedrigen Kosten2großes Interesse geweckt. Im Zeitbereich sind DKS stabile Pulsfolgen, die für die Hochgeschwindigkeits-Entfernungsmessung3 und die Molekülspektroskopie4verwendet wurden. Im Frequenzbereich haben DKS eine Reihe von Frequenzleitungen mit gleichem Frequenzabstand, die für Wellenlängenteilungs-Multiplex (WDM) Kommunikationssysteme 5 ,6,optische Frequenzsynthese7,8und ultra-rauscharme Mikrowellenerzeugung 9,10usw. geeignet sind. Das Phasenrauschen oder die Linienbreite von Kammlinien wirkt sich direkt auf die Leistung dieser Anwendungssysteme aus. Es ist erwiesen, dass alle Kammleitungen eine ähnliche Linienbreite wie diePumpe 11haben. Daher ist die Verwendung eines ultraschmalen Linienbreitenlasers als Pumpe ein effektiver Ansatz, um die Leistung von DKSs zu verbessern. Die Pumpen der meisten gemeldeten DKS sind jedoch frequenzfegernde externe Hohlraumdiodenlaser (ECDLs), die unter relativ hohem Rauschen leiden und eine breite Linienbreite in der Größenordnung von zehn bis hunderten von kHz aufweisen. Im Vergleich zu abstimmbaren Lasern haben Festfrequenzlaser weniger Rauschen, schmalere Linienbreiten und ein geringeres Volumen. Zum Beispiel können Menlo-Systeme ultrastabile Laserprodukte mit einer Linienbreite von weniger als 1 Hz liefern. Die Verwendung eines solchen frequenzfixierten Lasers als Pumpe kann das Rauschen der erzeugten DKSs erheblich reduzieren. In letzter Zeit wurden Mikrowärmer oder thermoelektrische Kühler (TEC) basierte thermische Abstimmungsmethoden für DKSs Generation12,13,14verwendet .
Die Stabilität der Wiederholrate ist ein weiterer wichtiger Parameter von DKSs. Im Allgemeinen werden Frequenzzähler verwendet, um die Frequenzstabilität von DKSs innerhalb einer Gate-Zeit zu charakterisieren, die im Allgemeinen in der Größenordnung von einer Mikrosekunde bis zu tausend Sekunden15,16 liegt. Begrenzt durch die Bandbreite des Photodetektors und des Frequenzzählers werden elektrooptische Modulatoren oder Referenzlaser typischerweise verwendet, um die detektierte Frequenz zu senken, wenn der freie Spektralbereich (FSR) des DKSs über 100 GHz liegt. Dies erhöht nicht nur die Komplexität von Testsystemen, sondern führt auch zu zusätzlichen Messfehlern, die durch die Stabilität von HF-Quellen oder Referenzlasern verursacht werden.
In diesem Artikel wird ein Mikroringresonator (MRR) mit einem kommerziellen TEC-Chip verpackt, der zur Steuerung der Betriebstemperatur verwendet wird. Mit einem frequenzfixierten Laser mit einer Linienbreite von 100 Hz als Pumpe werden Solitonenkristalle (SCs) stabil erzeugt, indem die Betriebstemperatur manuell gesenkt wird; dies sind spezielle DKSs, die einen Resonator vollständig mit kollektiv geordneten Ensembles von kopropagierenden Solitonen füllen können17. Nach unserem besten Wissen ist dies die Pumpe mit der schmalsten Linienbreite in DKSs-Erzeugungsexperimenten. Das PSD-Spektrum (Power Spectral Density) jeder Kammlinie wird auf der Grundlage einer verzögerten DSHI-Methode (Self-Heterodyne Interferometer) gemessen. Begünstigt durch die ultraschmale Linienbreite der Kammlinien wird die Repetitionsrateninstabilität von Solitonenkristallen (SCs) aus der zentralen Frequenzdrift der PSD-Kurven abgeleitet. Für den SC mit einer einzigen Vakanz erhielten wir eine Wiederholrateninstabilität von ~53,24 Hz innerhalb von 10 μs und ~509,32 Hz innerhalb von 125 μs.
Das Protokoll besteht aus mehreren Hauptstufen: Zunächst wird die MRR mit einem Fiber Array (FA) über eine sechsachsige Kopplungsstufe gekoppelt. Die MRR wird von einer hochindexierten Quarzglasplattform18,19hergestellt. Dann wird der MRR in ein 14-poliges Schmetterlingspaket verpackt, was die Stabilität für die Experimente erhöht. SCs werden mit einer thermisch gesteuerten Methode erzeugt. Schließlich werden die Fluktuationen der Wiederholrate von SCs mit einer DSHI-Methode gemessen.

<table><tbody><tr><td>6-Achsen-Kupplungstisch</td><td>Suruga Seiki</td><td>KXC620G KGW060</td><td>Enthält 3 lineare motorisierte Verschiebezustände und 3 motorisierte Winkeldrehtische. Linearer Zustand: Minimale Schrittweite: 0,05 &mu; m; Federweg: 20mm; Max. Geschwindigkeit: 25 mm / s; Wiederholgenauigkeit: +/-0,3 &mu; m; Rotationsstufe:Verfahrweg: &plusmn; 8&Grad;; Auflösung/Impuls: 0,003 Grad; Wiederholbarkeit:&plusmn; 0,005 Grad</td></tr><tr><td>Schleifpulver</td><td>Shenyang Kejing Auto-Instrument Co., LTD</td><td>2980002</td><td>Siliziumkarbid, Körnung: 1,5 &mu; m</td></tr><tr><td>Glue 3410</td><td>Electronic Materials Incorporated</td><td>Optocast 3410</td><td>Optocast 3410 ist ein ultraviolettes Licht und wärmehärtendes Epoxidharz, das für die optoelektronische Montage geeignet ist. Es härtet schnell aus, wenn es UV-Licht im Bereich von 320-380 nm ausgesetzt wird.</td></tr><tr><td>Hochgradig dotiertes Quarzglas</td><td>Hausgemacht-Das</td><td></td> <td>MRR wird durch eine hochgradig dotierte Quarzglasplattform hergestellt. Die Hohlleitersektion ist 2&fach; 3 &mu; m und der Radius beträgt 592,1 &mu; m, entsprechend FSR von 49 GHz.</td></tr><tr><td>Pumplaser</td><td>NKT Photonics</td><td>E15</td><td>Es handelt sich um einen Dauerstrich-Faserlaser mit einer Linienbreite von 100 Hz.</td></tr><tr><td>Ultrastabiler Laser</td><td>Menlosystems</td><td>ORS</td><td>Modernste Linienbreite (< 1Hz) und Stabilität (< 2 x 10-15 Hz)</td></tr></tbody></table>

schnelle variation der wiederholrate messung von solitonkristallen in einem mikroresonator

Rapid Repetition Rate Fluctuation Measurement of Soliton Crystals in a Microresonator

Temporale Solitonen haben in den letzten Jahrzehnten großes Interesse für ihr Verhalten in einem stationären Zustand geweckt, in dem die Dispersion durch die Nichtlinearität in einem sich ausbreitenden Kerr-Medium ausgeglichen wird. Die Entwicklung dissipativer Kerr-Solitonen (DKSs) in Hoch-Q-Mikrokavitäten treibt eine neuartige, kompakte Solitonenquelle im Chip-Maßstab an. Wenn DKS als Femtosekundenimpulse dienen, kann die Fluktuation der Wiederholrate auf ultrahochpräzise Messtechnik, optische Hochgeschwindigkeitsabtastung und optische Uhren usw. angewendet werden. In dieser Arbeit wird die schnelle Wiederholratenfluktuation von Solitonenkristallen (SCs), einem speziellen Zustand von DKSs, in dem partikelartige Solitonen dicht gepackt sind und einen Resonator vollständig besetzen, basierend auf der bekannten verzögerten selbstheterodynen Methode gemessen. Die SCs werden mit einer thermisch gesteuerten Methode erzeugt. Die Pumpe ist ein frequenzfixierter Laser mit einer Linienbreite von 100 Hz. Die integrale Zeit bei Frequenzschwankungsmessungen wird durch die Länge der Verzögerungsfaser gesteuert. Für einen SC mit einer einzigen Vakanz betragen die Fluktuationen der Wiederholrate ~ 53,24 Hz innerhalb von 10 μs bzw. ~ 509,32 Hz innerhalb von 125 μs.

Abbildung 3 zeigt die Transmissionsleistungsspur, während eine Resonanzthermie über die Pumpe abgestimmt wurde. Es gab einen offensichtlichen Leistungsschritt, der die Erzeugung von SCs anzeigte. Der Schritt hatte eine ähnliche Leistung wie sein Vorläufer, der modulationale Instabilitätskamm. Daher war die Generierung von SCs nicht von der Tuninggeschwindigkeit abhängig. Die SCs wiesen eine Vielzahl von Zuständen auf, darunter Leerstände (Schottky-Defekte), Frenkel-Defekte und Überbau<sup cl...

Hier stellen wir ein Protokoll zur Erzeugung von Solitonenkristallen in einem Schmetterlings-verpackten Mikroringresonator mit einer thermisch abgestimmten Methode vor. Ferner werden die Wiederholratenfluktuationen eines Solitonenkristalls mit einer einzelnen Vakanz mit einer verzögerten selbstheterodynen Methode gemessen.

Schnelle Variation der Wiederholrate Messung von Solitonkristallen in einem Mikroresonator

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the ...

In den letzten Jahren hat sich das dissipative Kerr-Soliton zu einer neuartigen kohärenten Lichtquelle im Chip-Maßstab entwickelt, die für den enormen Wert in der Forschung und praktischen Anwendungen der Solitonenphysik große Aufmerksamkeit erregt hat. Dissipatives Kerr-Soliton hat eine hohe Wiederholrate. Es ist also eine Herausforderung, die relativen Parameter, insbesondere die Fluktuation der Wiederholungsrate, zu messen.In unserer Arbeit finden wir einen Weg, es zu bekommen. Mittlerweile ist ein robustes Paket für praktische Anwendungen notwendig. Unser Protokoll bietet eine effektive Methode für das On-Chip-Mikroring-Resonator-Gehäuse, die Solitonenerzeugung und die Messung von Fluktuationen der Wiederholrate.Um zu beginnen, befestigen Sie den Mikroringresonator mit einer Chip-Halterung. Auf einer sechsachsigen Kopplungsstufe, die drei lineare Stufen mit einer Auflösung von 50 Nanometern und drei Winkelstufen mit einer Auflösung von 0,003 Grad umfasst, wird ein achtkanaliges Faserarray platziert. Verwenden Sie einen 1,550 Nanometer Laser als optische Quelle zur Echtzeitüberwachung der Kopplungseffizienz.Passen Sie die Position des Faserarrays vorsichtig an. Messen Sie die Eingangsleistung und Ausgangsleistung mit einem optischen Leistungsmesser. Halten Sie den Einschubverlust auf dem Mindestwert, typischerweise weniger als sechs Dezibel, entsprechend einem Kopplungsverlust von weniger als drei Dezibel pro Facette.Verwenden Sie einen ultraviolett gekrümmten Klebstoff, um den Mikroringresonator und das Faserarray zu kleben. Legen Sie den Klebstoff auf die Seitenkante der Kontaktfläche, um sicherzustellen, dass sich kein Klebstoff auf dem Optischen Pfad befindet. Den UV-gekrümmten Klebstoff 150 Sekunden lang einer UV-Lampe aussetzen und in einer Kammer bei 120 Grad Celsius mehr als eine Stunde backen.Co-agglutinate einen 10,2 x 6,05 Millimeter großen thermischen elektrischen Kühlerchip mit einer maximalen Leistung von 3,9 Watt auf die Grundplatte eines Standard-14-Pol-Butterfly-Gehäuses mit Silberkleber. Braten Sie die beiden Elektroden des thermoelektrischen Kühlerchips auf zwei Pins des Butterfly-Gehäuses. Kleben Sie eine Wolframplatte mit Silberkleber auf die Oberfläche des thermischen elektrischen Kühlerchips.Verwenden Sie die Wolframplatte als Kühlkörper, um die Lücke zwischen dem thermischen elektrischen Kühler und dem Mikroringresonator zu schließen. Verwenden Sie einen Erbium-dotierten Faserverstärker, um die Pumpe für die Mikrokammerzeugung zu verstärken. Steuern Sie den Polarisationszustand der Pumpe mit einem Faserpolarisationsregler.Verbinden Sie alle Geräte mit Singlemode-Fasern. Fixieren Sie die Wellenlänge des Pumplasers. Bei 1556,3 Nanometern die Betriebstemperatur manuell durch einen externen kommerziellen thermoelektrischen Kühlerregler auf über 66 Grad Celsius einstellen, was hoch genug ist, um eine Resonanz des Mikroringresonators mit Silberkleber auf die Oberseite der Wolframplatte zu bewegen, und befestigen Sie den Zopf des Faserarrays an der Ausgangsplatine des Schmetterlingspakets auf der roten Seite der Pumpe.Überwachen Sie das optische Ausgangsspektrum mit einem optischen Spektrumanalysator. Erfassen Sie die Ausgangsleistungsspur mit einem Drei-Gigahertz-Fotodetektor und nehmen Sie sie mit einem Oszilloskop auf. Stellen Sie den Ausgang des Erbium-dotierten Faserverstärkers auf 34 Dezibel-Milliwatt ein oder reagieren Sie auf eine On-Chip-Leistung von 30,5 Dezibel-Milliwatt, wodurch sichergestellt wird, dass genügend Leistung in den Mikroringresonator für die Mikrokammerzeugung eingekoppelt ist.Stellen Sie den Thermistor auf zwei Kilohm, was einer Betriebstemperatur von 66 Grad Celsius entspricht, und verringern Sie dann langsam die Betriebstemperatur, indem Sie den Eingestelltwert des Thermistors erhöhen. Stellen Sie die Polarisation der Pumpe durch den Faserpolarisationsregler ein, bis der Schritt eines Solitonkristalls an der fallenden Kante der dreieckigen Transmissionsleistungsspur beobachtet wird. Wenn ein handflächenähnliches optisches Spektrum auf dem optischen Spektrumanalysator beobachtet wird, hören Sie auf, die Betriebstemperatur zu verringern.Der Wert des Thermistors lag in diesen Experimenten bei etwa 5,6 Kilohm. Verbinden Sie die erzeugten Solitonenkristalle mit einem abstimmbaren Bandpassfilter, um eine einzelne Kammlinie zu extrahieren. Stellen Sie das Passband des abstimmbaren Bandpassfilters auf 0,1 Nanometer ein.Stimmen Sie seine zentrale Wellenlänge über das gesamte C- und L-Band ab und stellen Sie die Filtersteigung auf 400 Dezibel pro Nanometer ein. Koppeln Sie die ausgewählte Kammlinie zu einem asymmetrischen Zehnder-Interferometer. Verwenden Sie einen akusto-optischen Modulator, um die optische Frequenz in einem Arm des asymmetrischen Mock-Senderinterferometers um 200 Megahertz zu verschieben.Das optische Feld im anderen Arm wird durch ein Segment von optischen Fasern von zwei Kilometern und 25 Kilometern verzögert. Schließen Sie eine Fotodiode an, um das optische Ausgangssignal zu erkennen, und verwenden Sie einen elektrischen Spektrumanalysator, um das spektrale Dichtespektrum der Leistung zu analysieren. Stimmen Sie die zentrale Wellenlänge des abstimmbaren Bandpassfilters ab.Messen Sie die spektralen Leistungsdichten jeder Kammlinie. Mit der gleichen Methode messen Sie die spektralen Dichtekurven der Leistung von Solitonenkristallen mit einer Vakanz. Zeichnen Sie die drei Dezibel-Bandbreite der spektralen Leistungsdichtekurve auf, und das wird Stückweise über ein Python-Programm in Ihre Anpassung aufgenommen.Diese Abbildung zeigt die Antriebsstränge des Getriebes, während eine Resonanzthermie über die Pumpe abgestimmt wurde. Es gab einen offensichtlichen Leistungsschritt, der auf die Erzeugung von Solitonkristallen hindeutete. Ein perfekter Solitonkristall mit 27 Solitonen ist hier gezeigt, ebenso wie ein Solitonkristall mit einer einzigen Vakanz.Die perfekten Solitonenkristalle, die auf einer zwei Kilometer langen und einer 25 Kilometer langen Verzögerungsfaser basieren, wurden mit leistungsspektralen Dichtekurven mit flachen Spitzen beobachtet, die durch die Frequenzfluktuation innerhalb der Verzögerungszeit verursacht wurden. Das typische optische Spektrum von Solitonenkristallen, die auf einer zwei Kilometer langen und einer 25 Kilometer langen Verzögerungsfaser basieren, wurde stückweise mit linearen Linien in Blau gezeichnet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein On-Chip-Mikroringresonator in einer Schmetterlingszelle verpackt ist und eine thermische Abstimmungsmethode vorgeschlagen wird, um Solitonenkristall zu erzeugen.Schließlich verwenden wir die verzögerte selbstheterodyne Methode, um die Messung der Fluktuation der Wiederholungsrate zu erreichen.

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