Observation des bandes latérales Kelly interbandes dans les microcombes solitons à anneaux couplés

Optique Physique
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Observation des bandes latérales de Kelly entre bandes dans des peignes à micro-pentes à anneaux couplés

Introduction

Les bandes latérales de Kelly (Kelly Sidebands, KSS) sont un phénomène de dispersion de vagues spécifique qui apparaît dans les systèmes à mode bloqué, étudiées de manière approfondie dans les lasers à fibre. Cependant, en raison de la courte longueur de chemin des résonateurs micro-photoniques intégrés, leur génération s’avère relativement difficile dans les micro-peignes intégrés. Malgré ces défis, les bandes latérales de Kelly ont récemment été observées dans des micro-peignes de solitons pompés par des impulsions qui violent la symétrie. Dans ce contexte, les auteurs ont exploré la génération de bandes latérales de Kelly dans des micro-peignes de résonateurs annulaires partiellement couplés via une excitation à onde continue.

Source de l’article

Cet article est coécrit par Maodong Gao, Zhiquan Yuan, Yan Yu, Warren Jin, Qing-Xin Ji, Jinhao Ge, Avi Feshali, Mario Paniccia, John E. Bowers et Kerry J. Vahala, affiliés à l’Institut de Technologie de Californie, l’Université de Californie à Santa Barbara et l’entreprise Anello Photonics. L’article a été publié en juillet 2024 dans le volume 11, numéro 7 de la revue « Optica ».

Procédure de recherche

Objet et méthode de recherche

  1. Dispositif expérimental et méthode de détection :

    • Utilisation d’un dispositif à anneau couplé fabriqué par un processus compatible CMOS.
    • Pompe à onde continue dans une fenêtre de dispersion anomale près de la bande supérieure, générant des paires d’impulsions solitaires brillantes.

  2. Étapes expérimentales :

    1. Fabrication d’une piste de résonateur micro en Si3N4.
    2. Mesure de la dispersion intégrée des deux familles de modes mixtes.
    3. Pompage à onde continue près de la fenêtre de dispersion anomale pour générer des paires d’impulsions solitaires.
    4. Observation de la position spectrale du peigne de fréquences solitaire et des KSS.

Expériences clés et paramètres

  • Le dispositif expérimental emploie un résonateur annulaire à piste partiellement couplée, caractérisé par la génération de deux bandes optiques et la violation de la symétrie du système par le couplage partiel, permettant le couplage entre les solitons et les bandes latérales de Kelly à travers différentes bandes.
  • Les positions de réglage des bandes latérales de Kelly sous conditions de pompage à onde continue et impulsionnelle ont été examinées expérimentalement. Les différences dans la génération des bandes latérales de Kelly entre les dispositifs partiellement et entièrement couplés ont été analysées en comparant avec des simulations.

Résultats expérimentaux

Résultats sous excitation à onde continue

  • Dans le résonateur annulaire à piste partiellement couplée, l’excitation par onde continue près de la fenêtre de dispersion anomale a généré des paires d’impulsions solitaires. Le spectre montre la présence de vagues de dispersion et de bandes latérales de Kelly dans deux bandes différentes.
  • Les résultats spécifiques montrent des vagues de dispersion observées à deux points dans la courbe de dispersion intégrée, tandis que les bandes latérales de Kelly se situent dans des bandes différentes. Ces caractéristiques soulignent le besoin crucial de briser la symétrie du système pour la formation des bandes latérales de Kelly.

Résultats sous pompage par impulsions

  • Les paires d’impulsions solitaires générées par le pompage électro-optique à peigne et par compression d’impulsions ont montré des résultats spectraux similaires.
  • Les résultats expérimentaux montrent également l’impact de la pompe à répétition d’impulsions sur la position spectrale des vagues de dispersion et des bandes latérales de Kelly, ces changements étant observables en ajustant la fréquence de répétition des impulsions de pompe.

Analyse par simulation numérique

  • La génération des bandes latérales de Kelly dans les dispositifs partiellement et entièrement couplés a été simulée à l’aide de l’équation de Lugiato–Lefever couplée.
  • Les résultats de simulation indiquent que, dans le cas d’un couplage partiel, les vagues de dispersion et les bandes latérales de Kelly apparaissent dans le spectre, alors que dans le cas d’un couplage complet, seule la vague de dispersion apparaît, sans génération de bandes latérales de Kelly.
  • De plus, les résultats de simulation reflètent l’interrelation entre la formation des bandes latérales de Kelly et la violation de la symétrie.

Conclusion et signification

  • Cette étude démontre une méthode pour générer des bandes latérales de Kelly dans des micro-peignes de solitons à travers des résonateurs annulaires à piste partiellement couplée. Cette méthode, par la violation de la symétrie du système, réduit la puissance nécessaire pour générer des bandes latérales de Kelly et permet leur création via une excitation à onde continue.
  • Les résultats expérimentaux et de simulation confirment le potentiel de ce système multicouches pour étendre le spectre du micro-peigne, offrant une nouvelle voie pour les applications ingénieures des bandes latérales de Kelly.
  • Étant donné les applications potentielles des bandes latérales de Kelly dans le multiplexage en fréquence optique (comme leur utilisation dans les peignes de fréquences optiques), cette découverte présente une valeur scientifique et pratique significative.

Points saillants de la recherche

  • La génération de bandes latérales de Kelly via un résonateur partiellement couplé offre une méthode innovante pour l’expansion du spectre des micro-peignes.
  • Les observations expérimentales et par simulation montrent toutes deux la dépendance de la génération des bandes latérales de Kelly à la violation de la symétrie du système, proposant de nouvelles directions pour la conception de systèmes de micro-peignes.
  • La simulation numérique a comparé avec précision les différences dans la génération des bandes latérales de Kelly entre différents états de couplage, validant l’efficacité des résultats expérimentaux.

En outre, l’étude s’appuyant sur des données mesurées avec un spectromètre de haute précision, a également confirmé que les bandes latérales de Kelly partagent la même fréquence d’offset de l’enveloppe porteuse avec le peigne de fréquences principal. Les résultats de cette étude sont significatement importants pour les applications ingénieurs des peignes de fréquences optiques et ouvrent de nouvelles directions pour les recherches futures.