ナノフォトニクス：半導体レーザーにおける野崎–戸次ソリトン

完全に周期的でコヒーレントな光波形を放射する周波数コム光源は、チップスケールの集積化ソリューションに向けて最近急速に進歩している。中でも、半導体ファブリー–ペローレーザーと受動リング・カー微小共振器という2種が特に著しい。今回我々は、リング半導体レーザーにこれら2つの技術を融合し、野崎–戸次ソリトンと呼ばれる自由走行ソリトンを形成するパラダイムを実証する。こうした散逸波形は、複素ギンツブルグ–ランダウ方程式において知られている、一群の進行する局在暗パルスに現れる。我々は、野崎–戸次ソリトンがリングレーザーにおいて構造的に安定であり、レーザーバイアスの調整によって自発的に形成されるため、外部光ポンプの必要性が排除されることを示す。我々は、決定的な実験的知見と、これを補完する精巧な理論モデルを組み合わせることによって、こうしたソリトンの顕著な特徴を明らかにするとともに、その生成に関する指針を与える。また、リングレーザー内部を周回する基本的なソリトンにとどまらず、マルチソリトン状態も実証し、それらの局在性を検証してソリトン結晶の形成に関する知見を得た。今回の成果は、ソリトンを直接生成する電気的に駆動されるモノリシックプラットフォームを確立し、レーザー・マルチモード・ダイナミクスとカー・パラメトリック過程の接点にある研究分野への扉を開くものである。

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