[論文レビュー] Emission of intense resonant radiation by dispersion-managed Kerr cavity solitons

Alexander U. Nielsen, Bruno Garbin+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 47被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、光ファイバー共振器における分散管理が、時間的 Kerr カーブレゾネーターから発生するケリー様の共鳴放射サイドバンドを顕著に増幅することを実験的・数値的に示した。サイドバンドの振幅は、位相一致条件に起因してポンプ-キャビティのデチューニングが増加するにつれて増大し、最終的にソリトンの安定動作範囲を制限する。実験とシミュレーションの結果は良好に一致している。

ABSTRACT

We report on an experimental and numerical study of temporal Kerr cavity soliton dynamics in dispersion-managed fiber ring resonators. We find that dispersion management can significantly magnify the Kelly-like resonant radiation sidebands emitted by the solitons. Because of the underlying phase-matching conditions, the sideband amplitudes tend to increase with increasing pump-cavity detuning, ultimately limiting the range of detunings over which the solitons can exist. Our experimental findings show excellent agreement with numerical simulations.

研究の動機と目的

• 時間的 Kerr カーブレゾネーターにおける光ファイバー共振器内での分散管理が、共鳴放射放出に与える影響を調査すること。
• 位相一致条件とデチューニングが、分散管理システムにおけるサイドバンド振幅に及ぼす影響を特定すること。
• 増大するデチューニングに伴い、増幅された放射に起因するソリトン存在限界を調査すること。
• 一般化非線形シュレーディンガー方程式に基づく数値シミュレーションを用いて、実験的発見を検証すること。
• 分散プロファイルを設計したマイクロレゾネーター型周波数コンブシステムに与える影響を評価すること。

提案手法

• 90 m の標準単モード光ファイバー（SMF）と5 m の分散シフト光ファイバー（DSF）を用いた、分散管理された光ファイバー共振器を用いた実験的セットアップ。これにより、ネットワークとしての非対称群速度分散（GVD）が得られる。
• ポンプの精密制御およびスペクトルフィルタリングのため、マハーズォンダ型振幅変調器とアコースティックオプティカル変調器を用いる。
• キャビティの安定化とソリトン動作の維持のため、比例積分微分（PID）コントローラーを採用する。
• ソリトンスペクトルおよび時間的プロファイルの特徴付けのため、光スペクトル解析とオートコリレーション測定を実施する。
• 三次元分散および分散管理効果を含む一般化非線形シュレーディンガー方程式に基づく数値的シミュレーション。
• サイドバンド増幅およびソリトン安定性を調査するため、ポンプ-キャビティのデチューニングおよびファイバー長比を体系的に変化させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散管理は、Kerr カーブレゾネーターから発生するケリー様の共鳴放射サイドバンドの振幅にどのように影響するか？
• RQ2 ポンプ-キャビティのデチューニングは、サイドバンド強度およびソリトン安定性をどのように制御するか？
• RQ3 均一なレゾネーターと比較して、分散管理は共鳴放射をどれほど抑制または増幅できるか？
• RQ4 高次分散項は、低ネットGVD領域におけるサイドバンド生成にどのように寄与するか？
• RQ5 サイドバンド増幅の実験的観察は、数値的シミュレーションで正確に再現可能か？

主な発見

• 分散管理は、正のGVD系におけるパラメトリック不安定性増幅に類似した形で、時間的 Kerr カーブレゾネーター内のケリー様共鳴放射サイドバンドを顕著に増幅する。
• 位相一致条件に起因して、ポンプ-キャビティのデチューニングが増加するにつれてサイドバンド振幅が増大し、最終的にソリトンの安定動作範囲が制限される。
• 実験結果と数値的シミュレーションの間には良好な一致が確認され、分散管理がサイドバンド増幅に果たす役割が裏付けられた。
• 低ネットGVD領域（⟨β₂⟩ ≈ -0.8 ps²/km）では、三次元分散が無視できないため、サイドバンドは依然として強く保たれる。
• 数値的シミュレーションにより、ネットGVDがゼロに近づくと、三次元分散が残存サイドバンドの原因であることが確認された。
• 共鳴放射の完全な抑制には、現在の分散工学をはるかに超える高次分散項の追加的管理が必要となる。