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482. JENAer Optikkolloquium

»Photonic-chip based soliton microcombs«

Optische Frequenzkämme liefern äquidistante Marker im IR, Sichtbaren und UV und sind zu einem zentralen Werkzeug der Frequenzmesstechnik geworden. Sie sind die Basis optischer Atomuhren, finden aber auch in anderen Bereichen Anwendung, wie z.B. der Breitbandspektroskopie oder der rauscharmen Mikrowellenerzeugung. Im Jahr 2007 wurde eine neue Methode zur Erzeugung optischer Frequenzkämme entdeckt, die auf optischen Mikroresonatoren hoher Güte (high-Q) basiert. Solche Mikroresonator-Frequenzkämme (microcombs) haben sich seitdem als eine neue und weitgehend untersuchte Methode herauskristallisiert, bei der Kämme durch parametrische Frequenzkonversion eines CW-Lasers innerhalb eines High-Q-Resonators über die Kerr-Nichtlinearität erzeugt werden können.

In den letzten Jahren wurde ein tieferes Verständnis des Kammbildungsprozesses erreicht und Methoden identifiziert, mit denen dissipative temporale Solitonen (DKS) erzeugt werden können, die nicht nur rauscharme optische Frequenzkämme liefern, sondern darüber hinaus den Zugang zu Femtosekunden-Pulsen ermöglichen. Dissipative temporale Solitonen ermöglichen den Zugang zu vollständig kohärenten und breitbandigen Kämmen und Soliton-Verbreiterungseffekten. DKS wurden inzwischen in einer Vielzahl von Resonatoren erzeugt, einschließlich solcher, die auf photonischer Integration auf Siliziumnitrid (Si3N4) beruhen. Damit konnten DKS jedoch bisher nur mit Wiederholraten von über 100 GHz erzeugt werden, also jenseits der Spektralbänder, die für eine einfache Signalverarbeitung durch normale optoelektronische Komponenten angestrebt werden. Dies war hauptsächlich auf die hohen optischen Verluste in Wellenleitern zurückzuführen, die durch den Prozess bei der Herstellung großer Geometrien verursacht werden. Darüber hinaus war die zur Erzeugung der Kämme erforderliche Pumpleistung für integrierte Lösungen schädlich.

Im Vortrag werden die jüngsten Fortschritte vorgestellt, die bei den Leistungsanforderungen, dem Formfaktor und dem Mikrowellenratenbetrieb der integrierten Mikrokämme erzielt wurden. Es wird der Damascene-Nanofabrikationsprozess vorgestellt, der die Herstellung von großen Wellenleitern ohne Stitching-Fehler ermöglicht. Dieser ermöglicht die Herstellung von Mikrokämmen, die in den K- und X-Mikrowellenbändern arbeiten und z.B. in Radar- und zukünftigen 5G-Systemen angewandt werden können.

DER REFERENT

Tobias J. Kippenberg begann seine Tätigkeit an der Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL) im Jahre 2008 als Tenure Track Assistant Professor und ist seit 2013 ordentlicher Professor am dortigen Institut für Physik und Elektrotechnik. Vor seiner Tätigkeit an der EPFL war er als unabhängiger Max-Planck-Nachwuchsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching tätig. Während seiner Zeit am MPQ arbeitete er an der Strahlungsdruckkühlung optischer Mikroresonatoren und entwickelte Techniken zur Kühlung, Messung und Manipulation mechanischer Oszillatoren im Quantenregime, die heute Gegenstand der Forschung im Bereich der Cavity Quantum Optomechanics sind. Darüber hinaus entdeckte seine Gruppe die Erzeugung optischer Frequenzkämme unter Verwendung von High Q Mikroresonatoren, heute als Mikro-combs oder Kerr-combs bekannt. Für seine Beiträge auf diesen beiden Forschungsgebieten erhielt er 2011 den EFTF-Preis für Nachwuchswissenschaftler, den Helmholtz-Preis für Metrologie (2009), den EPS-Fresnel-Preis (2009), den ICO-Preis (2014), den Schweizer Latsis-Preis (2015) sowie den Wilhelmy-Klung-Forschungspreis für Physik (2015) und den ZEISS Forschungspreis 2018. Er ist Gründer des Start-Ups LIGENTEC SA, einem Hersteller von Photonic Integrated Circuits (PIC).

ORGANISATION

Das JENAer Optikkolloquium wird unterstützt von: Carl Zeiss AG, Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, JENOPTIK AG, Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. Veranstalter ist OptoNet e.V.

Veranstaltungswebseite

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