[论文解读] Intracavity characterization of micro-comb generation in the single-soliton regime

Pei-Hsun Wang, José A. Jaramillo-Villegas+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2016

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 14被引用 11

一句话总结

本研究通过耦合端口获取内部场动力学，对硅氮化物微谐振腔在单孤子态下的微梳生成进行了腔内表征。时域测量显示，产生了一列近乎带宽受限的明亮脉冲，且连续波背景极弱，证实超过99%的腔内功率集中于孤子，而非泵浦光。

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.

研究动机与目标

• 研究硅氮化物微谐振腔中单孤子态下微梳的内部场动力学。
• 解析腔内孤子脉冲序列与剩余泵浦场之间的功率分布。
• 利用外部端口测量技术表征腔内场的时域波形。
• 确定腔内场是否表现出相干、低噪声微梳特性且背景极低。

提出的方法

• 将硅氮化物微谐振腔配置为带有耦合端口，以提取部分腔内场用于时域测量。
• 在耦合端口进行时域测量，以推断腔内电场包络。
• 实验装置可获取梳状谱的完整时域轮廓，包括脉冲形状及相对于泵浦的相位关系。
• 对测得的场进行分析，以确定脉冲带宽、时域宽度以及是否存在连续波（CW）背景。
• 通过测量孤子脉冲序列与剩余泵浦之间的相对相位，评估其相干性与时间对齐情况。
• 通过比较直通端口与耦合端口的输出，量化孤子与泵浦之间的功率分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 单孤子态微梳的腔内场时域波形如何？
• RQ2 腔内功率在孤子脉冲序列与剩余泵浦之间如何分布？
• RQ3 孤子脉冲与微弱连续波背景之间的相位关系如何？
• RQ4 孤子脉冲的持续时间是否接近变换极限？
• RQ5 腔内场与直通端口测得的输出梳相比有何差异？

主要发现

• 腔内场由一列明亮、近乎带宽受限的脉冲组成，其全宽半高（FWHM）与变换极限操作一致。
• 超过99%的腔内功率由孤子脉冲序列携带，剩余泵浦线贡献不足1%。
• 观测到微弱的连续波背景，其相位相对于孤子脉冲存在微小相移，表明存在相干耦合。
• 在耦合端口测得的时间域波形直接反映了腔内场，验证了该方法在内部场探测中的有效性。
• 孤子脉冲具有光谱相干性且噪声水平低，证实了稳定的单孤子态运行。
• 实验数据证实，腔内微梳运行主要由孤子主导，而非泵浦。