[論文レビュー] Self-Frequency Shift of Cavity Soliton in Kerr Frequency Comb

Lin Zhang, Qiang Lin+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2014

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 27被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Kerr周波数コンブにおける超短キャビティソリトンが、Kerr非線形性、ラーマン散乱、色収差分散、キャビティQファクターの相乗作用によって自己周波数シフトを示すことを示しており、これにより、頑健で自己適応的なスペクトルダイナミクスが実現され、オクターブ帯域をカバーするコンブにおいて効率的な周波数変換および分散波生成が可能になる。

ABSTRACT

We show that the ultrashort cavity soliton in octave-spanning Kerr frequency comb generation exhibits striking self-adaptiveness and robustness to external perturbations, resulting in a novel frequency shifting/cancellation mechanism and gigantic dispersive wave generation in response to the strong frequency dependence of Kerr nonlinearity, Raman scattering, chromatic dispersion, and cavity Q. These observations open up a great avenue towards versatile manipulation of nonlinear soliton dynamics, flexible spectrum engineering of mode-locked Kerr frequency combs, and highly efficient frequency translation of optical waves.

研究の動機と目的

• 外部の摂動下におけるオクターブ帯域をカバーするKerr周波数コンブにおける超短キャビティソリトンの自己適応的挙動を調査すること。
• 強いKerr非線形性、ラーマン散乱、色収差分散、およびキャビティQファクターがソリトンダイナミクスに与える役割を理解すること。
• ソリトンベースの周波数コンブにおいて、新しい周波数シフトおよびキャンセレーションメカニズムがどのように出現するかを調査すること。
• ソリトンダイナミクスを用いて、柔軟なスペクトル工学および効率的な光周波数変換を実現すること。
• 非線形光学キャビティにおけるキャビティソリトンの頑健さと自己調整性を実証すること。

提案手法

• Kerr非線形性、ラーマン増幅、群速度分散を含む一般化非線形シュレーディンガー方程式（GNLSE）の数値モデル化。
• 高Qファクターおよびオクターブ帯域スペクトル帯域幅を持つマイクロレゾネータにおけるキャビティソリトンの進化のシミュレーション。
• 自己位相変調、ラーマン誘起周波数シフト、および分散波放出の相乗作用の分析。
• ポンプのデチューニングおよびキャビティパラメータの変動下におけるソリトン安定性およびスペクトル進化の調査。
• 自己周波数シフトダイナミクスを捉えるために、完全な分散および非線形プロファイルを有するGNLSEの使用。
• キャビティQファクターおよび分散の体系的変更により、ソリトンの自己適応およびスペクトル拡張に与える影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Kerr非線形性とラーマン散乱が、周波数コンブにおけるキャビティソリトンの自己周波数シフトにどのように共同で影響を与えるか。
• RQ2 色収差分散およびキャビティQファクターが、頑健なソリトンダイナミクスおよびスペクトル安定性を実現する上で果たす役割は何か。
• RQ3 外部制御なしに、キャビティソリトンにおいて自己周波数シフトメカニズムが自然に出現するか。
• RQ4 ソリトンの自己適応的挙動が、Kerr周波数コンブにおける柔軟なスペクトル工学をどの程度可能にするか。
• RQ5 分散波生成がソリトンの自己周波数シフトに応じて最大限に発生する条件は何か。

主な発見

• オクターブ帯域をカバーするKerr周波数コンブにおけるキャビティソリトンは、非線形および分散効果のおかげで外部摂動に対して強い自己適応性を示す。
• Kerr非線形性、ラーマン散乱、および群速度分散の相乗作用から、新しい自己周波数シフトおよびキャンセレーションメカニズムが生じる。
• 非線形応答の強い周波数依存性の直接的結果として、巨大な分散波生成が観測される。
• ソリトンダイナミクスは頑健で自己調整的であり、パrameterの変化に対してもコherentlyを維持する。
• ソリトンの固有のスペクトルシフト能力のおかげで、効率的な光周波数変換が可能になる。
• キャビティQファクターは、ソリトンの安定化およびスペクトル拡張および分散波放出の強化において、極めて重要な役割を果たす。