[논문 리뷰] Photonic Integrated Devices for Nonlinear Optics

Lucia Caspani, D. Duchesne외 9명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 02.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 114인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 비선형 광학을 위한 통합 광학 장치를 제시하며, AlGaAs 파이프와 CMOS 호환성 있는 도핑된 실리카 유리 파이프를 사용하여 효율적인 주파수 변환을 구현한다. 주요 결과로는 100 nm 이상의 대역폭을 가진 테이블러블 차주파수 생성, 광대역 자기위상 변조, 마이크로링 공진기에서의 저전력 4파동 혼합이 포함되며, 이는 통신 및 측정 분야의 응용을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We review our recent progresses on frequency conversion in integrated devices, focusing primarily on experiments based on strip-loaded and quantum-well intermixed AlGaAs waveguides, and on CMOS-compatible high-index doped silica glass waveguides. The former includes both second- and third-order interactions, demonstrating wavelength conversion by tunable difference-frequency generation over a bandwidth of more than nm, as well as broadband self-phase modulation and tunable four-wave mixing. The latter includes four-wave mixing using low-power continuous-wave light in microring resonators as well as hyper-parametric oscillation in a high quality factor resonator, towards the realization of an integrated multiple wavelength source with important applications for telecommunications, spectroscopy, and metrology.

연구 동기 및 목표

• 비선형 주파수 변환을 위한 컴act하고 효율적인 광학 통합 장치를 개발하기 위해.
• 대규모 비선형 광학의 한계를 극복하기 위해 소형화된 칩 수준의 플랫폼을 제공하기 위해.
• 통합 파이프를 이용한 광대역 및 조절 가능한 파장 변환을 달성하기 위해.
• 확장성에 유리한 CMOS 호환 재료에서 저전력, 고효율 비선형 과정을 실현하기 위해.
• 통신 및 분광학 응용을 위한 다중 파장 소스 생성을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 제2차 및 제3차 비선형 상호작용을 모두 지원하는 스트립 로드형 및 양자우 혼합 AlGaAs 파이프를 활용하였다.
• CMOS 제조 공정과 호환되는 고굴절률 도핑된 실리카 유리 파이프를 사용하였다.
• AlGaAs 파이프에서 100 nm 이상의 대역폭을 초월하는 조절 가능한 차주파수 생성을 실험적으로 구현하였다.
• AlGaAs 파이프에서 광대역 자기위상 변조 및 조절 가능한 4파동 혼합을 달성하였다.
• 고굴절률 도핑된 실리카 유리로 제작된 마이크로링 공진기에서 저전력 연속파 4파동 혼합을 실현하였다.
• 고 품질 인자 공진기에서 초파arametric 진동을 실험적으로 구현하여 통합 다중 파장 소스 생성을 실현하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 AlGaAs 파이프는 파장 변환을 위한 광대역 및 조절 가능한 차주파수 생성을 지원할 수 있는가?
• RQ2 통합 AlGaAs 플랫폼에서 자기위상 변조 및 4파동 혼합은 어느 정도의 수준까지 달성될 수 있는가?
• RQ3 CMOS 호환성 있는 고굴절률 도핑된 실리카 유리 파이프에서 저전력 4파동 혼합은 효율적으로 실현될 수 있는가?
• RQ4 도핑된 실리카 유리에서 제작된 고-Q 마이크로링 공진기는 다중 파장 소스 생성을 위한 초파arametric 진동을 가능하게 하는가?
• RQ5 이러한 통합 비선형 광학 장치는 실세계의 통신 및 측정 응용 분야에서 얼마나 확장 가능하고 실용적인가?

주요 결과

• 100 nm 이상의 대역폭을 초월하는 조절 가능한 차주파수 생성이 AlGaAs 파이프에서 실험적으로 구현되었다.
• 광대역 자기위상 변조가 스트립 로드형 AlGaAs 파이프에서 달성되어 초광대역 비선형 주파수 변환을 가능하게 하였다.
• 조절 가능한 4파동 혼합이 AlGaAs 파이프에서 실험적으로 실현되어 동적 파장 변환을 지원하였다.
• 고굴절률 도핑된 실리카 유리로 제작된 마이크로링 공진기에서 저전력 연속파 4파동 혼합이 실험적으로 구현되었으며, 펌프 전력은 밀리와트 범위였다.
• 고품질 인자 공진기에서 초파arametric 진동이 관측되어 칩 내에서 다수의 간섭계적 파장을 생성하는 데 성공하였다.
• CMOS 호환 재료에 통합된 비선형 과정은 다중 파장 광학 통합 회로의 확장 가능한 미래를 여는 길을 열었다.