Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

מדידת תנודות קצב חזרה מהירה של גבישי סוליטון במיקרו-רזנטור

Published: December 15, 2021 doi: 10.3791/60689
* These authors contributed equally

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליצירת גבישי סוליטון בתהודה מיקרו-טבעתית ארוזה פרפר בשיטה מכווננת תרמית. יתר על כן, תנודות שיעור החזרה של גביש סוליטון עם משרה פנויה אחת נמדדות בשיטת הטרודין עצמית מתעכבת.

Abstract

סוליטונים זמניים משכו עניין רב בעשורים האחרונים להתנהגותם במצב יציב, שבו הפיזור מאוזן על ידי אי-ליניאריות במדיום קר התפשטות. הפיתוח של סוליטוני קר (DKSs) מתפוגגים במיקרו-קסביות עתירות Q מניע מקור סוליטון חדשני, קומפקטי בקנה מידה שבבי. כאשר DKSs משמשים פולסים femtosecond, תנודות קצב החזרה ניתן להחיל על מטרולוגיה דיוק ultrahigh, דגימה אופטית במהירות גבוהה, ושעונים אופטיים, וכו '. במאמר זה, תנודות קצב החזרה המהיר של גבישי סוליטון (SCs), מצב מיוחד של DKSs שבו סוליטונים דמויי חלקיקים ארוזים היטב ותופסים תהודה באופן מלא, נמדדת על סמך שיטת ההטרודין העצמית הידועה. המחשבים במעגלים נוצרים בשיטה מבוקרת תרמית. המשאבה היא לייזר קבוע בתדר עם קו של 100 הרץ. הזמן האינטגרלי במדידות תנודות תדירות נשלט על ידי אורך סיבי ההשהיה. עבור SC עם משרה פנויה אחת, תנודות קצב החזרה הן ~ 53.24 הרץ בתוך 10 μs ו ~ 509.32 הרץ בתוך 125 μs, בהתאמה.

Introduction

DKSs יציב microresonators, שבו פיזור החלל מאוזן על ידי אי-ליניאריות קר, כמו גם רווח Kerr ופיזור חלל1, משכו עניין רב בקהילת המחקר המדעי עבור שיעור החזרה הגבוה במיוחד שלהם, גודל קומפקטי, ועלות נמוכה2. בתחום הזמן, DKSs הם רכבות דופק יציבות ששימשו למדידה במהירות גבוהה3 וספקטרוסקופיהמולקולרית 4. בתחום התדרים, ל- DKSs יש סדרה של קווי תדרים עם מרווח תדרים שווה המתאימים למערכות תקשורת באורך גל-חטיבה-מולטיפלקס (WDM)5,6, סינתזת תדר אופטי7,8,ודור מיקרוגל רעש אולטרה נמוך9,10וכו '. רעש הפאזה או קו הקווים של קווי המסרק משפיעים ישירות על הביצועים של מערכות יישומים אלה. הוכח כי כל קווי המסרק יש קו דומה עם המשאבה11. לכן, שימוש בלייזר קו צר במיוחד כמשאבה היא גישה יעילה לשיפור הביצועים של DKSs. עם זאת, המשאבות של רוב DKSs שדווחו הם תדר גורף לייזרים דיודת חלל חיצוני (ECDLs), אשר סובלים רעש גבוה יחסית ויש להם קו רחב בסדר גודל של עשרות עד מאות kHz. בהשוואה ללייזרים טונה, לייזרים בתדר קבוע יש פחות רעש, קווי ים צרים יותר ונפח קטן יותר. לדוגמה, מערכות מנלו יכולות לספק מוצרי לייזר אולטרה-יציבים עם קו של פחות מ-1 הרץ. שימוש בלייזר קבוע בתדר כזה כמשאבה יכול להפחית באופן משמעותי את הרעש של ה- DKSs שנוצר. לאחרונה, נעשה שימוש בשיטות כוונון תרמי מבוסס מיקרו-מחה או תרמואלקטרי (TEC) עבור DKSs Generation12,13,14.

יציבות שיעור החזרה היא פרמטר חשוב נוסף של DKSs. בדרך כלל, מוני תדר משמשים כדי לאפיין את יציבות התדר של DKSs בתוך זמן שער, אשר בדרך כלל על סדר של מיקרו שנייה לאלף שניות15,16. מוגבל על ידי רוחב הפס של photodetector ומונה תדרים, אפננים אלקטרו-אופטיים או לייזרי ייחוס משמשים בדרך כלל כדי להוריד את התדירות שזוהתה כאשר טווח הספקטרלי החופשי (FSR) של DKSs הוא מעל 100 GHz. זה לא רק מגביר את המורכבות של מערכות בדיקה, אלא גם מייצר שגיאות מדידה נוספות הנגרמות על ידי יציבות של מקורות RF או לייזרים התייחסות.

במאמר זה, מהדהד מיקרו-טבעת (MRR) הוא פרפר ארוז עם שבב TEC מסחרי המשמש לשליטה בטמפרטורת הפעולה. באמצעות לייזר קבוע תדר עם linewidth של 100 הרץ כמשאבה, גבישי סוליטון (SCs) נוצרים ביציבות על ידי הפחתת טמפרטורת ההפעלה באופן ידני; אלה הם DKSs מיוחדים שיכולים למלא לחלוטין מהדהד עם הרכבים מסודרים יחד של סוליטונים copropagating17. למיטב ידיעתנו, זוהי משאבת הקווים הצרה ביותר בניסויי דור DKSs. ספקטרום צפיפות הספקטרלית של צריכת החשמל (PSD) של כל קו מסרק נמדד על בסיס שיטת אינטרפרומטר הטרודין עצמית מושהית (DSHI). בהינתן קו אולטרה-צר של קווי המסרק, חוסר היציבות של גבישי סוליטון (SCs) נגזר מנדידת התדרים המרכזית של עקומות PSD. עבור SC עם משרה פנויה אחת, השגנו חוסר יציבות קצב חזרה של ~ 53.24 הרץ בתוך 10 μs ו ~ 509.32 הרץ בתוך 125 μs.

הפרוטוקול מורכב ממספר שלבים עיקריים: ראשית, MRR מצמיד מערך סיבים (FA) באמצעות שלב צימוד בן שישה צירים. MRR הוא מפוברק על ידי פלטפורמת זכוכית סיליקה מסוממת אינדקס גבוה18,19. לאחר מכן, MRR ארוז לתוך חבילת פרפר 14 פינים, אשר מגביר את היציבות עבור הניסויים. מחשבים מבוססים נוצרים בשיטה מבוקרת תרמית. לבסוף, תנודות קצב החזרה של SCs נמדדות בשיטת DSHI.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. צימוד אופטי

  1. ללטש את פני הקצה של MRR על צלחת שחיקה באמצעות 1.5 מיקרומטר אבקות שוחקות (תחמוצת אלומיניום) מעורבב עם מים במשך 5 דקות.
  2. תקן את MRR עם גוף שבב והצב FA בן שמונה ערוצים בשלב צימוד בן שישה צירים, הכולל שלושה שלבים ליניאריים ברזולוציה של 50 ננומטר ושלושה שלבי זווית ברזולוציה של 0.003°. הטלאים של MRR ו- FA הם 250 מיקרומטר.
  3. השתמש בלייזר 1,550 ננומטר כמקור אופטי לניטור בזמן אמת של יעילות הצימוד. התאם בזהירות את המיקום של ה- FA עד שהפסד ההאצה יגיע לערך המינימלי, בדרך כלל פחות מ- 6 dB, המתאים לאובדן צימוד של פחות מ- 3 dB להיבט.
  4. השתמש בדבק מעוקל אולטרה סגול (UV)(Table of Materials) כדי להדביק את MRR ו- FA. הנח את הדבק בקצה הצד של משטח המגע, המבטיח כי אין דבק בנתיב האופטי.
  5. לחשוף את דבק מעוקל UV למנורת UV במשך 150 s ואופים בתא ב 120 °C (50 °F) במשך יותר מ 1 שעה.

2. אריזות מכשירים

  1. חבר שבב TEC בגודל 10.2 מ"מ x 6.05 מ"מ בהספק מרבי של 3.9 ואט עד לוחית הבסיס של חבילת פרפר סטנדרטית בת 14 פינים באמצעות דבק כסף. הלחמה את שתי האלקטרודות של שבב TEC לשתי סיכות של חבילת הפרפר.
  2. הדבק צלחת טונגסטן 5 מ"מ × 5 מ"מ × צלחת טונגסטן 1 מ"מ על פני השטח של שבב TEC באמצעות דבק כסף. השתמש בצלחת טונגסטן ככיור חום כדי למלא את הפער בין TEC ו- MRR.
  3. הדבק את התקן MRR לחלק העליון של צלחת טונגסטן באמצעות דבק כסף ולתקן את הצמה של FA ליציאת הפלט של חבילת הפרפר.
  4. הדבק שבב תרמיסטור על פני השטח של שבב TEC באמצעות דבק כסף. חבר אלקטרודה אחת של תרמיסטור למשטח העליון של שבב TEC. חוט לקשר את האלקטרודה האחרת של תרמיסטור ואת פני השטח העליון של שבב TEC לשני סיכות של חבילת הפרפר באמצעות חוט זהב.
  5. אופים את המכשיר הארוז ב 100 °C במשך 1 שעה כדי לחזק את דבק הכסף.
  6. לאטום את חבילת הפרפרים. איור 1 מציג את ההתקן הארוז.

3. דור SCs

  1. איור 2 מראה את הגדרת הניסויים. השתמש במגבר סיבים מסומם ארביום (EDFA) כדי להגביר את המשאבה לייצור מיקרו מסרק. שלוט במצב הקיטוב של המשאבה באמצעות בקר קיטוב סיבים (FPC). חבר את כל ההתקנים באמצעות סיבים במצב יחיד (SMF).
  2. תקן את אורך הגל של לייזר המשאבה ב-1,556.3 ננומטר. כוונן באופן ידני את טמפרטורת הפעולה באמצעות בקר TEC מסחרי חיצוני.
  3. נטר את הספקטרום האופטי של הפלט באמצעות מנתח ספקטרום אופטי. זהה את מעקב צריכת החשמל של הפלט באמצעות פוטו-דטקטור של 3 GHz והקלט באמצעות אוסצילוסקופ.
  4. הגדר את התפוקה של EDFA ל- 34 dBm, המתאים לכוח על שבב של 30.5 dBm (בהתחשב באובדן צימוד של MRR ו- FA, הכנס אובדן של FPC), המבטיח כי יש מספיק כוח יחד לתוך MRR לייצור מיקרו מסרק.
  5. הגדר אתrmistor ל 2 kΩ, המתאים טמפרטורת הפעלה של 66 °C (66 °F). לאחר מכן להקטין לאט את טמפרטורת ההפעלה על ידי שינוי הערך שנקבע של thermistor. בניסויים אלה, כאשר התרמיסטור הוגדר ל 5.8 kΩ, המקביל 38 °C (38 °F), תהודה אחת של MRR עברה דרך המשאבה ועקבות כוח צורה משולשת נרשמה.
  6. כוונן את הקיטוב של המשאבה על ידי FPC עד שלב SC נצפה בקצה הנופל של עקבות כוח השידור המשולש. איור 3 מציג מעקב אחר כוח שידור אופטי טיפוסי.
  7. לאט לאט להקטין את טמפרטורת הפעולה מ ~ 66 °C (66 °F) ולעצור כאשר ספקטרום אופטי דמוי כף יד הוא ציין על מנתח ספקטרום אופטי. הערך של התרמיסטור היה סביב 5.6 kΩ בניסויים אלה. איור 4A ואיור 5B מציגים את הספקטרום האופטי של מחשבים אישיים ומחשבים אישיים עם מקום פנוי יחיד, בהתאמה.

4. מדידת תנודות בקצב החזרה

  1. חבר את המחשבים המהירים שנוצרו למסנן bandpass (TBPF) כדי לחלץ קו מסרק בודד. הגדר את פס הגישה של TBPF ל- 0.1 ננומטר. אורך הגל המרכזי שלו יכול להיות מכוון מעל הלהקה המלאה C ו- L. שיפוע המסנן הוא 400 dB/nm.
  2. זוג קו המסרק שנבחר לאינטרפרומטר אסימטרי Mach-Zehnder (AMZI). התדר האופטי בזרוע אחת של AMZI מועבר על ידי 200 MHz באמצעות אפנון acousto-אופטי (AOM). השדה האופטי בזרוע השנייה מתעכב על ידי קטע של סיב אופטי. ניסויים אלה משמשים סיבים מעכבים של 2 ק"מ ו-25 ק"מ.
  3. לזהות את האות האופטי פלט עם photodiode ולנתח את ספקטרום PSD באמצעות מנתח ספקטרום חשמלי.
  4. כוונן את אורך הגל המרכזי של TBPF. מדדו את ה-PSDs של כל קו מסרק בשיטה המתוארת. איור 4B,C מציג את ספקטרום PSD עבור קווי מסרק S1 ו- S2 של מחשבים SCs מושלמים עם סיבים אופטיים עיכוב 2 ק"מ ו -25 ק"מ, בהתאמה.
  5. באמצעות אותה שיטה, למדוד את עקומות PSD של SCs עם מקום פנוי. הקלט את רוחב הפס של 3 dB של עקומת PSD והתאים אותו באופן ליניארי בצורה חלקה כפי שמוצג באיור 5B,C. תנודות קצב החזרה של ~ 53.24 הרץ בתוך 10 μs ו ~ 509.32 הרץ בתוך 125 μs נגזרו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 3 מראה את עקבות כוח השידור בזמן שהתהודה התרמית הייתה מכוונת על פני המשאבה. היה צעד כוח ברור שהצביע על דור ה-SCs. לשלב היה כוח דומה בהשוואה למבשר שלו, מסרק חוסר היציבות האפנון. לכן, הדור של SCs לא היה כוונון מהירות תלויה. ה- SCs הציגו מגוון רחב של מדינות, כולל משרות פנויות (פגמים שוטקיים), פגמים פרנקל, ומבנה-על12,17. כדוגמאות, איור 4A מציג SC מושלם עם 27 סוליטונים ואיור 5A הוא SC עם מקום פנוי אחד.

התדירות של קו המסרק μ שווה ל

Equation 1

ואת תנודות התדירות של קו המסרק μ יכול לבוא לידי ביטוי כמו:

Equation 2

כאשר μ הוא מספר המצב הרחק המשאבה, frep הוא שיעור החזרה של SCs, ו Δfמשאבה ו Δfנציג הם תנודות התדירות של לייזר המשאבה ואת קצב החזרה של SCs, בהתאמה. לכן, תנודות קצב החזרה של SCs כמעט הוגברו μ פעמים בקו התדר μ.

עבור מחשבים SCs מושלמים, איור 4B,C מציג את ספקטרום PSD הנמדד עבור המשאבה, S1 ו- S2, המבוססת על סיבי עיכוב של 2 ק"מ ו- 25 ק"מ, בהתאמה. התכונות הבולטות ביותר של עקומות PSD היו החלק העליון השטוח, אשר נגרמו על ידי תנודות תדירות בתוך זמן ההשהיה. כאשר זמן ההשהיה היה 10 μs, תנודות התדר של S1 ו- S2 היו 2.08 kHz ו 3.54 kHz, בהתאמה. כאשר סיבי ההשהיה היו 25 ק"מ, תנודות התדרים הנמדדות של S1 ו- S2 היו 14.31 קילו-הרץ ו- 28.02 קילו-הרץ, בהתאמה.

איור 5A מציג את הספקטרום האופטי הטיפוסי של SC עם משרה פנויה אחת. היו 27 סוליטונים שהופצו ב-MRR. תנודות התדרים הנמדדות של כל קו מסרק היו משורטטות ומוצגות באיור 5B,C. קווי ההתאמה הליניאריים החלקיים משורטטים בקווים כחולים שיכולים לבוא לידי ביטוי

Equation 3
Equation 4

השיפועים הממוצעים של קווי ההתאמה היו כ-53.24 הרץ/FSR ו-509.32 הרץ/FSR, המייצגים את תנודות קצב החזרה של ה-SC בזמני ההשהיה של 10 מיקרו ו-125 מיקרו- μs, בהתאמה. תנודות התדרים השיוריות נחשבו לתנודות התדר של לייזר המשאבה יחד עם תנודות התדר של אות הרדיו המונע של AOM.

Figure 1
איור 1. פרפר ארוז MRR. (A)דגם ו (B)תמונה של הפרפר ארוז MRR. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2. ההתקנה הניסיונית של דור Kerr OFCs ומדידת תנודות קצב החזרה. ה- Inset מציג את הספקטרום האופטי של SC טיפוסי אחד עם משרה פנויה אחת. לייזר CW קבוע תדר עם linewidth של 100 הרץ שימש המשאבה. EDFA שימש כדי להגביר את המשאבה עד 34 dBm. תנודות התדירות נמדדו בשיטת האינטרפרומטר ההטרודין העצמי המתעכבת. CW = גל רציף; EDFA = מגבר סיבים מסומם ארביום; FPC = בקר קיטוב סיבים; TEC = מקרר תרמואלקטרי; MRR = מהדהד מיקרו-טבעת; BPF = מסנן bandpass; AOM = אפנון אצוטו-אופטי; PD = פוטודיודה; ESA = מנתח ספקטרום חשמלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3. עקבות כוח שידור אופטי ביציאת הטיפה. שלב SC שהיה לו כוח דומה למבשר שלו מתקבל בבירור. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4. SC מושלם. (A)ספקטרום אופטי מדוד של SC מושלם. ההצתה מראה את 27 המוזלטונים המופצים באופן אחיד ב- MRR. (B)עקומות PSD נמדדות של המשאבה, S1 ו- S2, עם סיבי עיכוב של 2 ק"מ. (C)עקומות PSD נמדדות של המשאבה, S1 ו- S2, עם סיבי עיכוב של 25 ק"מ. עקומת PSD שטוחה נגרמה על ידי תנודות התדר המהיר של קווי המסרק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5. SC עם משרה פנויה אחת. (A)ספקטרום אופטי של SC עם משרה פנויה אחת. ה- Inset מציג את התפלגות סוליטון ב- MRR. (B)תנודות תדר עם סיבי עיכוב 2 ק"מ. תנודת קצב החזרה הייתה בערך 53.24 הרץ בתוך 10 מיקרומטר. תנודת התדרים שהוכנסה על ידי לייזר המשאבה ומערכת המדידה הייתה כ-500 הרץ.(C)תנודת קצב החזרה עם סיבי עיכוב של 25 ק"מ הייתה בערך 626 הרץ בתוך 125 מיקרומטר. תנודת התדרים שהוצגה על ידי לייזר המשאבה ומערכת המדידה הייתה בערך 1 kHz. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6. PSD תיאורי שלcurrent כאשר אורך קוהרנטי אופטי גדול יותר זמן ההשהיה היחסית. הקו האדום אינו מראה תנודות בתדר מרכזי. הקו הכחול מציג את PSD עם תנודות תדר מרכזיות ליניאריות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

DKSs על השבב מספקים מקורות אופטיים קוהרנטיים קומפקטיים חדשניים ומציגים סיכויי יישום מצוינים במטרולוגיה אופטית, ספקטרוסקופיה מולקולרית ופונקציות אחרות. עבור יישומים מסחריים, מקורות מיקרו-מסרק ארוזים קומפקטיים הם חיוניים. פרוטוקול זה מספק גישה מעשית ליצירת מיקרו-מסרק ארוז הנהנה מחיבור אובדן צימוד אמין ונמוך בין MRR ל- FA, כמו גם משיטת ייצור DKS חזקה הנשלטת תרמית. לכן, הניסויים שלנו כבר לא תלויים בשלב צימוד ומציגים הסתגלות סביבתית מצוינת. בינתיים, המשאבה היא לייזר קבוע אורך גל שניתן להפעיל עם linewidths צר, מייצר הרבה פחות רעש, והוא הרבה יותר קטן בהשוואה לייזרים טונה. לכן, הפרוטוקול הוא גישה מבטיחה ליישומים מסחריים פוטנציאליים של מקורות DKSs משולבים בעלי ביצועים גבוהים על שבב.

המגבלה העיקרית להשגת מקור SCs משולב במלואו היא כוח המשאבה הגבוה, הזקוק ל- EDFA. לאחרונה, DKSs התממשו על SIN MRR עם כוח משאבה נמוך מאוד. לכן, אנו מאמינים כי מקורות DKS משולבים באופן מלא מעשי ייעשו בעתיד הקרוב.

היציבות של שיעור החזרה היא אחד הפרמטרים החשובים ביותר להערכת הביצועים של OFCs. בדרך כלל, יציבות קצב החזרה נמדדת באמצעות מונה תדרים. עם זאת, שיעורי החזרה של מיקרו-מסרקים הם בדרך כלל בסדר גודל של עשרות GHz עד THz, אשר מחוץ לרוחב הפס של מוני תדרים ו photodetectors. לכן, שיטות עקיפות, כגון מקור לייזר ייחוס או אפנון, משמשות בדרך כלל למדידת יציבות קצב החזרה, מה שמגביר את המורכבות של מערכת המדידה. הפרוטוקול שלנו מספק ערכת מדידת תנודות בקצב החזרה המבוססת על DSHI, שבה רכיבי תדר גבוה ומקורות התייחסות יציבים במיוחד אינם נחוצים. למערכת אין מגבלת שיעור חזרה עליונה. המערכת שלנו מודדת את תנודות התדרים המצטברות בזמן ההשהיה, בעוד שהשיטה מבוססת התדירות בודקת את הערך הממוצע בזמן שער. לכן, התוכנית שלנו משלימה למערכות מדידת יציבות של קצב חזרה מבוססות תדירות.

קו הרוח של לייזר המשאבה חיוני עבור ערכת מדידת תנודות קצב חזרה המבוססת על DSHI. כאשר שדה אופטי

Equation 5

נמדד על-ידי ערכת DSHI, ספקטרום PSD של photocurrent יכול לבוא לידי ביטוי כמו:

Equation 6

כאשר E0 ו ω0הם משרעת ותדירות זוויתית, בהתאמה; φ(t)הוא השלב ההתחלתי של השדה האופטי; α הוא יחס הכוח של שתי זרועות ההפרעה; I0 הוא העוצמה האופטית קלט; τd ו- τc הם זמן ההשהיה היחסי וזמן קוהרנטי של השדה האופטי, בהתאמה; Ω הוא שינוי התדירות של AOM. כאשר τc גדול מ- τd, PSD יהיה חפיפה של אות מכה ופונקציה דיראק, כפי שמוצג באיור 6 (קו אדום). עם זאת, בהתחשב בתנודות התדירות של לייזרים, השדה האופטי יכול לבוא לידי ביטוי כמו

Equation 7

כאשר Δω הוא תנודות התדר הזוויתי. עבור DSHI, נוסף שינוי תדר נוסף. איור 6 (קו כחול) מציג את ספקטרום ה-PSD המחושב, שבו התדר האופטי משתנה באופן ליניארי 10 קילו-הרץ במהלך זמן ההשהיה. לעומת זאת, כאשר τc הוא פחות מ τd, הפונקציה Dirac יהיה זניח, ואת התוכנית שלנו כבר לא יכול למדוד את תנודות שיעור החזרה של DKSs. התוכנית שלנו אינה מתאימה ל- DKSs שנוצר באמצעות לייזר משאבה עם linewidth בסדר גודל של עשרות kHz. למרבה המזל, לייזר עם linewidth של פחות מ 1 הרץ כבר ממוסחר, ולנעול לייזרים בתדר קבוע עם linewidth של פחות מ 40 mHz נעשו20. לכן, התוכנית שלנו מספקת שיטת מדידת אי יציבות פשוטה של קצב חזרה מהירה להערכת ביצועי מיקרו-מסרק בעתיד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC) (גרנט 62075238, 61675231) ותוכנית המחקר בעדיפות אסטרטגית של האקדמיה הסינית למדעים (Grant No. 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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

הנדסה גיליון 178 פוטוניקס אופטיקה משולבת מסרק תדר אופטי תנודות קצב החזרה
מדידת תנודות קצב חזרה מהירה של גבישי סוליטון במיקרו-רזנטור
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Xie, P., Wang, X., Wang, W., Zhang,More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter