Photonic Chip based Frequency Combs

TOBIAS

J. KIPPENBERG

Full Professor

Swiss federal Institute of

Technology in Lausanne（EPFL）

Abstract: 

The

development of optical frequency combs, and notably self-referencing, has

revolutionized precision measurements over the past decade, and enabled

counting of the cycles of light. Frequency combs, have enabled dramatic

advances in timekeeping, metrology and spectroscopy. In 2007, it was discovered

that such combs can also be generated using an optical microresonator using

parametric frequency conversion. Importantly, such Kerr combs also enable to

generate dissipative temporal solitons (DKS), which are formally solutions to a

driven dissipative nonlinear Schrödinger equation, termed Lugiato-Lefever

equation–first derived to describe spatial self-organization phenomena. DKS

have unlocked the full potential of Kerr combs enabling a deterministic route

to broadband, and coherent optical frequency combs, whose bandwidth can be

enhanced using soliton broadening phenomena, such as Soliton Cherenkov

Radiation. Such Solitons Kerr combs on a chip have enabled to realize counting

of the cycles of light, realize dual comb spectrometers on a chip, enabled dual

comb based ultrafast ranging, massively parallel coherent communication, and

offered a novel approach to massively parallel FCMW LiDAR. Recent advances

based on the photonic damascene process enable ultra low loss nonlinear

photonic circuits based on silicon nitride (Si3N4), have

enabled ultra-low losses, and direct integration with on chip pump lasers. On

the fundamental side, new and theoretically not previously predicted dynamics

has been observed ranging from formation of soliton crystals, soliton

switching, and new type of breather solitons, and emergent nonlinear dynamics

in arrays of coupled resonators. Soliton Kerr

frequency combs thereby are providing a highly fruitful new playground for

fundamental nonlinear science and applications alike. 

Biography： 

Tobias J. Kippenberg is Full Professor in the Institute of Physics and

Electrical Engineering at EPFL in Switzerland since 2013 and joined EPFL in

2008 as Tenure Track Assistant Professor. Prior to EPFL, he was Independent Max

Planck Junior Research group leader at the Max Planck Institute of Quantum

Optics in Garching, Germany. While at the MPQ he demonstrated radiation

pressure cooling of optical micro-resonators, and developed techniques with

which mechanical oscillators can be cooled, measured and manipulated in the

quantum regime that are now part of the research field of Cavity Quantum Optomechanics.

Moreover, his group discovered the generation of optical frequency combs using

high Q micro-resonators, a principle known now as micro-combs or Kerr combs. 

For his early contributions in these two research fields, he has been

recipient of the EFTF Award for Young Scientists (2011), The Helmholtz Prize in

Metrology (2009), the EPS Fresnel Prize (2009), ICO Award (2014), Swiss Latsis

Prize (2015), as well as the Wilhelmy Klung Research Prize in Physics (2015),

the 2018 ZEISS Research Award and 2020 OSA R. Wood Award. Moreover, he is 1st

prize recipient of the "8th European Union Contest for Young

Scientists" in 1996 and is listed in the Highly Cited Researchers List of

1% most cited Physicists in 2014-2019. He is founder of the startup LIGENTEC

SA, an integrated photonics foundry.