[논문 리뷰] Intracavity characterization of micro-comb generation in the single-soliton regime

Pei-Hsun Wang, José A. Jaramillo-Villegas외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 10.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 14인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 실리콘 질화물 마이크로레조너에서 단일 솔리톤 영역에서 작동하는 마이크로콤 생성의 내부에서 특성화한 결과를 제시한다. 드롭 포트를 통해 내부 필드 다이내믹스에 접근하여 시간 영역 측정을 수행하였다. 시간 영역 측정 결과, 거의 대역폭 제한된 밝은 펄스 열이 연속파 배경이 최소한인 상태로 관측되었으며, 이는 내부에서 99% 이상의 전력이 솔리톤에 기인해 있으며, 펌프에 기인한 것이 아니라는 것을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실리콘 질화물 마이크로레조너 내에서 단일 솔리톤 영역에서 마이크로콤의 내부 필드 다이내믹스를 조사한다.
• 레조너 내부에서 솔리톤 펄스 열과 잔류 펌프 필드 사이의 전력 분포를 규명한다.
• 외부 포트 측정 기법을 사용하여 내부 필드의 시간 도메인 웨이브폼을 특성화한다.
• 내부 필드가 낮은 노이즈를 지닌 일관된 콤 특성을 보이는지, 배경이 최소한인지 확인한다.

제안 방법

• 드롭 포트를 갖춘 실리콘 질화물 마이크로레조너를 구성하여 내부 필드의 일부를 추출하여 시간 영역 측정을 수행한다.
• 드롭 포트에서 시간 영역 측정을 수행하여 내부 전기장의 에너지 패킷을 유추한다.
• 실험적 설정을 통해 콤의 전체 시간 프로파일, 즉 펄스 형상과 펌프에 대한 위상 관계를 접근할 수 있다.
• 측정된 필드를 분석하여 펄스 대역폭, 시간 폭, 그리고 연속파(CW) 배경의 존재 여부를 확인한다.
• 솔리톤 펄스 열과 잔류 펌프 사이의 상대 위상을 측정하여 일관성과 시간적 정렬 상태를 평가한다.
• 통과 포트와 드롭 포트의 출력을 비교하여 솔리톤과 펌프 사이의 전력 분포를 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 솔리톤 마이크로콤에서 내부 필드의 시간 도메인 웨이브폼은 어떠한가?
• RQ2 내부 전력은 솔리톤 펄스 열과 잔류 펌프 사이에 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ3 솔리톤 펄스와 약한 연속파 배경 사이의 위상 관계는 어떠한가?
• RQ4 솔리톤 펄스는 시간적으로 변환 제한된 지름과 가까운가?
• RQ5 내부 필드는 통과 포트에서 측정된 외부 콤과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 내부 필드는 시간적 반폭이 변환 제한 작동과 일치하는 밝고 거의 대역폭 제한된 펄스 열로 구성되어 있다.
• 내부 전력의 99% 이상이 솔리톤 펄스 열에 의해 차지하며, 잔류 펌프 선은 1% 미만 기여한다.
• 약한 연속파 배경이 관측되었으며, 이는 솔리톤 펄스에 대해 작은 위상 이동을 보여, 일관된 결합을 나타낸다.
• 드롭 포트에서 측정된 시간 도메인 웨이브폼은 내부 필드를 직접 반영하며, 이는 내부 필드 탐측에 대한 방법의 타당성을 검증한다.
• 솔리톤 펄스는 스펙트럼적으로 일관되며 낮은 노이즈를 보이며, 안정적인 단일 솔리톤 작동을 확인한다.
• 실험 데이터는 레조너 내부에서 콤 작동이 펌프가 아닌 솔리톤에 의해 지배된다는 것을 확인한다.