面向片上相干高功率太赫兹辐射的全局稳定微谐振腔图灵图案形成
光学
2017-10-11 v3
摘要
在连续波(cw)激光驱动的非线性微谐振腔中，图灵图案已借助Lugiato-Lefever方程的形式体系进行研究，重点在于其高相干性以及对扰动的极强鲁棒性。然而，图灵图案的不稳定化以及向时空混沌的转迁，限制了图灵卷(Turing rolls)中所携带的可用能量，并阻碍了其高相干性与抗噪鲁棒性的进一步利用。本文报道一种新颖方案，通过引入局部模式杂化效应，规避此种不稳定化，并在芯片级非线性振荡器中实现全局稳定的图灵图案形成，实现了45%的创纪录高功率转换效率以及100的峰值-谷值对比度提升。该静止图灵图案在太赫兹载波上跨430 GHz离散可调，测得分数频率边带不均匀性为7.3x10^-14。我们通过超快光学相关技术展示了不同演化阶段Turing rolls的微波与光学同时相干性。自由运行Turing roll相干性（200 ms内9 kHz，20分钟内160 kHz）被转印至等离子体光电混频器，实现了室温下最高功率太赫兹相干生成之一，光到太赫兹功率转换达1.1%。其长期稳定性可通过简单的计算机辅助慢反馈控制进一步提升两个数量级以上，在100 s时达到6x10^-10的Allan偏差。所展示的片上相干高功率Turing-THz系统有望在天体物理、医学成像及无线通信中寻得应用。
引用
@article{arxiv.1603.00948,
title = {Globally stable microresonator Turing pattern formation for coherent high-power THz radiation on-chip},
author = {Shu-Wei Huang and Jinghui Yang and Shang-Hua Yang and Mingbin Yu and Dim-Lee Kwong and Tanya Zelevinsky and Mona Jarrahi and Chee Wei Wong},
journal= {arXiv preprint arXiv:1603.00948},
year = {2017}
}