[논문 리뷰] Ultra-pure RF tone from a micro-ring resonator based optical frequency comb source

Alessia Pasquazi, Marco Peccianti외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 05.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 22인용 수 44

한 줄 요약

이 논문은 통합 고Q 미크로링 공진기를 사용하여 두 개의 약간 이격된 스펙트럼 광학 커브 복사본을 생성하는 새로운 방식의 모드 잠금 초고속 레이저를 제시한다. 시스템은 200 GHz 펄스 트레인에서 10 kHz 이하의 띠폭을 가진 60 MHz 무선주파수 톤을 생성하며, 초미세 띠폭과 높은 스펙트럼 순도를 입증하여 정밀 마이크로파 포토닉스 및 광통신 분야의 응용을 가능하게 한다.

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

연구 동기 및 목표

• 고Q 미크로링 공진기를 사용하여 초안정적인 마이크로파 신호를 생성하는 컴act하고 통합된 소스를 개발하기 위해.
• 고정밀 응용을 위한 1kHz 이하의 띠폭을 달성하기 위해 생성된 무선주파수 톤에서의 성능을 향상시키기 위해.
• 모드 잠금 구조에서 두 개의 스펙트럼적으로 이격된 광학 커브 복사본의 안정적인 작동을 입증하기 위해.
• 포토닉 마이크로파 시스템에 적합한 매우 단일 주파수의 RF 신호를 전적으로 광학적으로 생성할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 고품질 인자(Q)를 가진 미크로링 공진기를 활용하여 모드 잠금 동작을 지원하고 광학 주파수 커브를 생성하기 위해.
• 비선형 효과와 캐비티 동역학을 제어하여 광학 커브의 두 개의 약간 이격된 스펙트럼 복사본을 설계하기 위해.
• 미크로링 내에서 비선형 광학 과정을 활용하여 자기상호위상변조 및 솔리톤 형성을 가능하게 하기 위해.
• 광학 커브의 두 복사본 간의 비트 주파수를 광검출기로 측정하여 60 MHz의 안정된 RF 톤을 생성하기 위해.
• 캐비티 파arameter와 펌프 파워를 최적화하여 위상 노이즈를 최소화하고 안정적이고 넓은 대역의 커브 생성을 달성하기 위해.
• 200 GHz 반복 주기 펄스 트레인을 사용하여 높은 스펙트럼 순도를 가진 넓은 대역 마이크로파 신호 생성을 가능하게 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로링 공진기를 기반으로 한 광학 주파수 커브가 10 kHz 이하의 띠폭을 가진 RF 톤을 생성할 수 있는가?
• RQ2 고Q 미크로링 공진기에서 두 개의 스펙트럼적으로 이격된 광학 커브 복사본을 어떻게 안정적으로 생성할 수 있는가?
• RQ3 이러한 시스템에서 광학적 비트 주파수를 통해 생성된 RF 톤의 위상 노이즈 성능은 어느 정도인가?
• RQ4 이 모든 광학적 접근 방식이 고정밀 응용 분야에서 기존 전자 마이크로파 소스를 대체할 수 있는가?

주요 결과

• 시스템은 10 kHz 이하의 띠폭을 가진 60 MHz RF 톤을 생성하여 뛰어난 스펙트럼 순도를 입증한다.
• 광학 주파수 커브는 고Q 미크로링 공진기에서의 모드 잠금을 통해 생성되며, 안정적이고 간섭계적 작동이 가능하다.
• 두 개의 약간 이격된 스펙트럼 커브 복사본이 생성되어 초미세 대역폭 RF 신호를 생성하기 위해 비트 주파수를 발생시킨다.
• RF 톤은 200 GHz 반복 주기 펄스 트레인에서 유래하여 위상 노이즈를 최소화한 넓은 대역 마이크로파 신호 생성이 가능하다.
• 시스템은 장기간에 걸쳐 안정적인 작동을 보이며, 모드 잠금 메커니즘의 견고함을 확인한다.
• 결과적으로 통합된 미크로링 공진기를 사용하여 포토닉 시스템 내에서 초순수 마이크로파 신호를 생성하는 것이 가능하다는 것이 검증된다.