Medição rápida da flutuação da taxa de repetição de cristais de soliton em um microresonator

Nos últimos anos, o dissipativo Kerr soliton tornou-se uma nova fonte de luz coerente em escala de chip, que tem atraído grande atenção pelo enorme valor na pesquisa de física de soliton e aplicações práticas. Dissipativo Kerr soliton tem alta taxa de repetição. Portanto, é um desafio medir os parâmetros relativos, especialmente a flutuação da taxa de repetição.

Em nosso trabalho, descobrimos uma maneira de obtê-lo. Enquanto isso, um pacote robusto é necessário para aplicações práticas. Nosso protocolo fornece um método eficaz para embalagens de ressonador de micro-anéis no chip, geração de soliton e medição da flutuação da taxa de repetição.

Para começar, conserte o ressonador de micro-anéis com uma luminária de chip. Em um estágio de acoplamento de seis eixos, que inclui três estágios lineares com resolução de 50 nanômetros e três estágios angulares com resolução de 0,003 graus, coloque uma matriz de fibra de oito canais. Use um laser de 1.550 nanômetros como fonte óptica para monitoramento em tempo real da eficiência do acoplamento.

Ajuste cuidadosamente a posição da matriz de fibras. Meça a potência de entrada e a potência de saída por um medidor óptico de energia. Mantenha a perda de entrada no valor mínimo, tipicamente inferior a seis decibéis, correspondendo a uma perda de acoplamento de menos de três decibéis por faceta.

Use um adesivo curvo ultravioleta para colar o ressonador de microanéis e a matriz de fibras. Coloque o adesivo na borda lateral da superfície de contato para garantir que não haja cola no caminho óptico. Exponha o adesivo curvo UV a uma lâmpada UV por 150 segundos e asse em uma câmara a 120 graus Celsius por mais de uma hora.

Co aglutinar um chip de refrigerador elétrico térmico de 10,2 milímetros por 6,05 milímetros com potência máxima de 3,9 Watts à placa base de um pacote de borboleta padrão de 14 pinos usando cola prateada. Refogue os dois eletrodos do chip de refrigerador termoelétrico para dois pinos do pacote borboleta. Cole uma placa de tungstênio na superfície do chip de refrigerador elétrico térmico usando cola prateada.

Use a placa de tungstênio como um dissipador de calor para preencher a lacuna entre o refrigerador elétrico térmico e o ressonador de microanéis. Use um amplificador de fibra doerdo de érbium para aumentar a bomba para a geração de micro pentes. Controle o estado de polarização da bomba usando um controlador de polarização de fibras.

Conecte todos os dispositivos usando fibras de modo único. Fixar o comprimento de onda do laser da bomba. A 1556,3 nanômetros, ajuste manualmente a temperatura de operação através de um controlador de refrigerador termoelétrico comercial externo acima de 66 graus Celsius, que é alto o suficiente para mover uma ressonância do ressonador de micro-anéis para o topo da placa de tungstênio usando cola prateada, e fixar o rabo de cavalo da matriz de fibras para a placa de saída da embalagem borboleta para o lado vermelho da bomba.

Monitore o espectro óptico de saída com um analisador de espectro óptico. Detecte o traço de energia de saída com um detector de fotos de três giga-hertz e grave com um osciloscópio. Defina a saída do amplificador de fibra dodilhado de erbium para 34 miliwatts decibéis, ou respondendo a uma potência on-chip de 30,5 miliwatts decibéis, o que garante que haja energia suficiente acoplada ao ressonador de microanéis para geração de micro pentes.

Ajuste o avaliador para dois kilohms correspondentes a uma temperatura de operação de 66 graus Celsius, depois diminua lentamente a temperatura de operação aumentando o valor definido do avaliador. Sintonize a polarização da bomba pelo controlador de polarização de fibras, até que o passo de um cristal de soliton seja observado na borda caindo do traço de energia de transmissão triangular. Quando uma palma como espectro óptico é observada no analisador de espectro óptico, pare de diminuir a temperatura de operação.

O valor do avaliador estava em torno de 5,6 kilohms nesses experimentos. Conecte os cristais de soliton gerados a um filtro de passagem de banda ajustável para extrair uma linha de pente individual. Ajuste a faixa de passagem do filtro de passagem de banda ajustável para 0,1 nanômetros.

Sintonize seu comprimento de onda central sobre toda a banda C e L, e ajuste a inclinação do filtro para 400 decibéis por nanômetro. Um par da linha de pente selecionada para um interferômetro Zehnder assimétrico. Use um modulador acousto-óptico para deslocar a frequência óptica em um braço do interferômetro de remetente simulado assimétrico por 200 mega-hertz.

O campo óptico do outro braço é atrasado por um segmento de fibras ópticas de dois quilômetros e 25 quilômetros. Conecte um fotodiodo para detectar o sinal óptico de saída e use um analisador de espectro elétrico para analisar o espectro de densidade espectral de potência. Sintonize o comprimento de onda central do filtro de passagem de banda afinado.

Meça as densidades espectrais de energia de cada linha de pente. Usando o mesmo método, meça as curvas de densidade espectral de potência dos cristais de soliton com uma vaga. Grave a largura de banda de três decibéis da curva de densidade espectral de potência, e isso entrará em seu ajuste para ele em pedaços através de um programa Python.

Esta figura mostra os powertrains de transmissão enquanto uma térmica de ressonância foi sintonizada em toda a bomba. Havia um passo óbvio de poder que indicava a geração de cristais de soliton. Um cristal de soliton perfeito com 27 solitons é mostrado aqui, bem como um cristal de soliton com uma única vaga.

Os cristais de soliton perfeitos baseados em uma fibra de dois quilômetros e um atraso de 25 quilômetros foram observados com curvas de densidade espectral de potência com topos planos, que foram causados pela flutuação de frequência dentro do tempo de atraso. O espectro óptico típico de cristais de soliton baseados em uma fibra de dois quilômetros e 25 quilômetros de atraso foram montados em forma de peça com linhas lineares plotadas em azul. Em resumo, um ressonador de micro-anéis no chip é embalado em uma célula borboleta e um método de ajuste térmico é proposto gerar cristal de soliton.

Finalmente, utilizamos o método de auto-heterodyne retardada para alcançar a medição da flutuação da taxa de repetição.