[論文レビュー] Ultra-pure RF tone from a micro-ring resonator based optical frequency comb source

Alessia Pasquazi, Marco Peccianti+4 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2014

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 22被引用数 44

ひとこと要約

本論文では、統合型高Qファイバー・リング共振器を用いて、わずかにずれた2つのスペクトル的光的コンブレプリカを生成する、新しいモードロック型超高速レーザーを提案する。このシステムは、200 GHzのパルス列において10 kHz未塔の線幅を有する60 MHzのRFトーンを生成し、超狭帯域幅および高スペクトル純度を実現しており、高精度なマイクロ波フォトニクスおよび光通信分野への応用を可能にする。

ABSTRACT

We demonstrate a novel mode locked ultrafast laser, based on an integrated high-Q micr-oring resonator. Our scheme exhibits stable operation of two slightly shifted spectral optical comb replicas. It generates a highly monochromatic radiofrequency modulation of 60MHz on a 200GHz output pulse train, with a linewidth < 10kHz

研究の動機と目的

• 高Qファイバー・リング共振器を用いて、コンactかつ統合型の超高安定マイクロ波信号源を開発すること。
• 高精度な応用を想定し、生成されたRFトーンの線幅を1 kHz未塔に達成すること。
• モードロック構成下で、スペクトル的にわずかにずれた2つの光コンブレプリカの安定した生成を実証すること。
• 光子マイクロ波システムに適した高モノクロマチックなRF信号のすべて光的生成を可能にすること。

提案手法

• 高品質因子（Q）のファイバー・リング共振器を用いてモードロック動作を支援し、光周波数コンブを生成する。
• 非線形効果およびキャビティダイナミクスを制御することで、光コンブのわずかにずれた2つのスペクトルレプリカをエンジニアリングする。
• マイクロリング内で非線形光プロセスを活用し、自己位相変調およびソリトン形成を可能にする。
• 2つのコンブレプリカ間のビートノートをフォトディテクタを用いて検出し、60 MHzの安定したRFトーンを生成する。
• キャビティパラメータおよびポンプパワーの最適化により、位相ノイズを最小限に抑えた安定で広帯域のコンブ生成を達成する。
• 200 GHzの繰返し周波数パルス列を用いることで、高スペクトル純度を有する広帯域マイクロ波信号生成を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロリング共振器ベースの光周波数コンブは、10 kHz未塔の線幅を有するRFトーンを生成できるか？
• RQ2 高Qマイクロリング共振器内で、どのようにして安定したスペクトル的にずれた2つの光コンブレプリカを生成できるか？
• RQ3 このようなシステムにおける光ビートによる生成RFトーンの実現可能な位相ノイズ性能はどの程度か？
• RQ4 このすべて光的アプローチは、高精度な応用分野における従来の電子的マイクロ波源を置き換えることができるか？

主な発見

• システムは10 kHz未塔の線幅を有する60 MHzのRFトーンを生成しており、優れたスペクトル純度を示している。
• 光周波数コンブは、高Qファイバー・リング共振器におけるモードロックにより生成され、安定かつコherentな動作を実現している。
• わずかにずれた2つのスペクトル的コンブレプリカが生成され、これが超狭帯域RF信号を生成するビート現象を引き起こしている。
• RFトーンは200 GHzのパルス列から抽出されており、位相ノイズを最小限に抑えつつ広帯域マイクロ波信号生成を可能にしている。
• 長時間にわたり安定した動作が確認され、モードロックメカニズムの頑丈さが裏付けられている。
• 本研究の結果は、統合型マイクロリング共振器を用いた光子システムにおける超純粋なマイクロ波信号生成の実現可能性を裏付けている。