[論文レビュー] Intracavity characterization of micro-comb generation in the single-soliton regime

Pei-Hsun Wang, José A. Jaramillo-Villegas+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2016

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 14被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、ドロップポートを用いて内部場のダイナミクスにアクセスすることで、シングルソリトン状態に運営する窒化ケイ素マイクロレゾネータにおけるマイクロコンブ生成のイントラキャビティ特性を明らかにした。時間領域測定により、連続波（CW）バックグラウンドが最小限に抑えられた、ほぼ帯域幅制限の明るいパルス列が得られ、ポンプに比べて99％を超えるイントラキャビティパワーがソリトンに存在することを確認した。

ABSTRACT

Soliton formation in on-chip micro-comb generation balances cavity dispersion and nonlinearity and allows coherent, low-noise comb operation. We study the intracavity waveform of an on-chip microcavity soliton in a silicon nitride microresonator configured with a drop port. Whereas combs measured at the through port are accompanied by a very strong pump line which accounts for >99% of the output power, our experiments reveal that inside the microcavity, most of the power is in the soliton. Time-domain measurements performed at the drop port provide information that directly reflects the intracavity field. Data confirm a train of bright, close to bandwidth-limited pulses, accompanied by a weak continuous wave (CW) background with a small phase shift relative to the comb.

研究の動機と目的

• シングルソリトン状態における窒化ケイ素マイクロレゾネータ内のマイクロコンブの内部場ダイナミクスを調査すること。
• キャビティ内でのソリトンパルス列と残存ポンプ場の間のパワー分配を解明すること。
• 外部ポート測定技術を用いてイントラキャビティ場の時間波形を特徴づけること。
• イントラキャビティ場が、最小限のバックグラウンドを伴うコherentで低ノイズなコンブを示すかどうかを評価すること。

提案手法

• ドロップポートを備えた窒化ケイ素マイクロレゾネータを構成し、イントラキャビティ場の一部を抽出して時間領域測定を実施する。
• ドロップポートで時間領域測定を実施し、イントラキャビティ電場エンベロープを推定する。
• 実験装置により、パルス形状とポンプに対する位相相関を含む、コンブの完全な時間的プロファイルにアクセス可能である。
• 測定された場を解析して、パルス帯域幅、時間的幅、および連続波（CW）バックグラウンドの有無を特定する。
• ソリトンパルス列と残存ポンプの間の相対位相を測定し、コherencyと時間的整合性を評価する。
• スルーポートとドロップポートの出力比較により、ソリトンとポンプ間のパワー分配を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シングルソリトンマイクロコンブにおけるイントラキャビティ場の時間波形は何か？
• RQ2 イントラキャビティパワーは、ソリトンパルス列と残存ポンプの間でどのように分配されているか？
• RQ3 ソリトンパルスと弱い連続波バックグラウンドとの間の位相関係は何か？
• RQ4 ソリトンパルスは時間的幅が近似変換限界に近いか？
• RQ5 イントラキャビティ場は、スルーポートで測定された出力コンブと比べてどう異なるか？

主な発見

• イントラキャビティ場は、時間的半値全幅が変換限界動作と整合的な、明るくほぼ帯域幅制限のパルス列から構成されている。
• イントラキャビティパワーの99％以上がソリトンパルス列に由来し、残存ポンプラインは1％未満にとどまる。
• 弱い連続波バックグラウンドが観測され、ソリトンパルスに対してわずかな位相差を示しており、コherent結合を示唆している。
• ドロップポートで測定された時間領域波形は、直接的にイントラキャビティ場を反映しており、内部場のプローブ手法の妥当性が裏付けられた。
• ソリトンパルスはスペクトル的にコherentであり、低ノイズを示しており、安定したシングルソリトン動作が確認された。
• 実験データにより、キャビティ内でのコンブ動作がポンプではなくソリトンに支配されていることが確認された。