Sebastian Schaefer of Ciena

Abstract:  

Mode‑locked semiconductor lasers based on InAs/InP quantum‑dash structures have emerged as promising, compact sources for broadband frequency‑comb generation, particularly for dense wavelength‑division multiplexing (DWDM) and other high‑capacity optical communication systems. In this work, we present a comprehensive numerical study of InAs/InP quantum‑dash ridge lasers, analyzing how device geometry, carrier dynamics, and dispersion properties influence the formation, stability, and bandwidth of the generated optical combs. Our modeling framework captures the interplay between gain recovery, saturable absorption, group‑velocity dispersion, and nonlinear phase modulation, enabling detailed predictions of pulse characteristics as a function of structural and operational parameters. We highlight design trade‑offs that optimize pulse duration, repetition rate, and comb flatness, and we discuss the implications of these results for integrated photonic systems requiring low‑cost, energy‑efficient comb sources. This analysis provides valuable guidelines for engineering next‑generation quantum‑dash mode‑locked lasers tailored to emerging communications and sensing applications.

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Résumé : 

Les lasers semi-conducteurs à modes verrouillés, basés sur des structures à points quantiques InAs/InP, se sont révélés être des sources compactes et prometteuses pour la génération de peignes de fréquences à large bande, notamment pour le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) et d'autres systèmes de communication optique à haute capacité. Dans ce travail, nous présentons une étude numérique complète des lasers à crête à points quantiques InAs/InP, analysant l'influence de la géométrie du dispositif, de la dynamique des porteurs et des propriétés de dispersion sur la formation, la stabilité et la bande passante des peignes optiques générés. Notre modèle capture l'interaction entre la récupération du gain, l'absorption saturable, la dispersion de vitesse de groupe et la modulation de phase non linéaire, permettant des prédictions détaillées des caractéristiques des impulsions en fonction des paramètres structurels et opérationnels. Nous mettons en évidence les compromis de conception qui optimisent la durée des impulsions, la fréquence de répétition et la planéité du peigne, et nous discutons des implications de ces résultats pour les systèmes photoniques intégrés nécessitant des sources de peignes à faible coût et à haute efficacité énergétique. Cette analyse fournit des indications précieuses pour la conception de lasers à modes verrouillés à points quantiques de nouvelle génération, adaptés aux applications émergentes de communication et de détection.

Biography:

Sebastian Schaefer is a Pic Design Engineer at Ciena, bringing expertise in optical technologies and materials characterization. Their background encompasses research in surface characterization and textiles in concrete-based construction.                                                  

During their tenure as a PhD Student at the University of Ottawa, Sebastian focused on the assessment of interlayer coupling in two-dimensional materials using optical spectroscopy and numerical simulation and characterization of III-V semiconductor lasers. This builds upon their experience as a Visiting Researcher at the University of Ottawa, hosted by SUNLAB & Luican-Mayer Lab, where they performed optical spectroscopy of two-dimensional materials. Their academic research and development activities demonstrate capabilities in data interpretation and research methodologies.
Prior to this, Sebastian served as a Science Assistant at Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, contributing to research in surface characterization of carbon fibre and textiles in concrete-based construction. During this time, they developed algorithmic tools to assist in the evaluation of large data sets and gained experience in the correct fabrication procedure for concrete and fibre-reinforced concrete. They also applied tensiometry and x-ray diffraction measurements of fibres.
Earlier in their career, Sebastian was a Research Intern at Dsm in the advanced coatings department. A key aspect of their duties included the development of a brochure to explain the physics of anti-reflective coatings, among various other wet chemistry related work.         

Sebastian holds a PhD Physics from the University of Ottawa, as well as a Master of Science - Master of Arts and a Bachelor of Science - Bachelor of Science from RWTH Aachen University.

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Sebastian Schaefer est ingénieur en conception de circuits intégrés chez Ciena, où il apporte son expertise en technologies optiques et en caractérisation des matériaux. Son parcours inclut la recherche sur la caractérisation de surface et les textiles dans la construction en béton.

Durant son doctorat à l'Université d'Ottawa, Sebastian s'est concentré sur l'évaluation du couplage intercouche dans les matériaux bidimensionnels par spectroscopie optique et simulation numérique, ainsi que sur la caractérisation des lasers semi-conducteurs III-V. Cette formation s'appuie sur son expérience de chercheur invité à l'Université d'Ottawa, au sein des laboratoires SUNLAB et Luican-Mayer, où il a réalisé des études de spectroscopie optique de matériaux bidimensionnels. Ses activités de recherche et développement témoignent de ses compétences en interprétation de données et en méthodologies de recherche.

Auparavant, Sebastian a travaillé comme assistant scientifique à l'Institut de technologie textile de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, contribuant à la recherche sur la caractérisation de surface des fibres de carbone et des textiles dans la construction en béton. Durant cette période, il a développé des outils algorithmiques pour faciliter l'analyse de grands ensembles de données et a acquis une expérience des procédés de fabrication appropriés pour le béton et le béton armé de fibres. Ils ont également appliqué des mesures de tensiométrie et de diffraction des rayons X aux fibres.

Karin Hinzer of UOttawa

Abstract:  

Mode‑locked semiconductor lasers based on InAs/InP quantum‑dash structures have emerged as promising, compact sources for broadband frequency‑comb generation, particularly for dense wavelength‑division multiplexing (DWDM) and other high‑capacity optical communication systems. In this work, we present a comprehensive numerical study of InAs/InP quantum‑dash ridge lasers, analyzing how device geometry, carrier dynamics, and dispersion properties influence the formation, stability, and bandwidth of the generated optical combs. Our modeling framework captures the interplay between gain recovery, saturable absorption, group‑velocity dispersion, and nonlinear phase modulation, enabling detailed predictions of pulse characteristics as a function of structural and operational parameters. We highlight design trade‑offs that optimize pulse duration, repetition rate, and comb flatness, and we discuss the implications of these results for integrated photonic systems requiring low‑cost, energy‑efficient comb sources. This analysis provides valuable guidelines for engineering next‑generation quantum‑dash mode‑locked lasers tailored to emerging communications and sensing applications.

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Résumé : 

Les lasers semi-conducteurs à modes verrouillés, basés sur des structures à points quantiques InAs/InP, se sont révélés être des sources compactes et prometteuses pour la génération de peignes de fréquences à large bande, notamment pour le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) et d'autres systèmes de communication optique à haute capacité. Dans ce travail, nous présentons une étude numérique complète des lasers à crête à points quantiques InAs/InP, analysant l'influence de la géométrie du dispositif, de la dynamique des porteurs et des propriétés de dispersion sur la formation, la stabilité et la bande passante des peignes optiques générés. Notre modèle capture l'interaction entre la récupération du gain, l'absorption saturable, la dispersion de vitesse de groupe et la modulation de phase non linéaire, permettant des prédictions détaillées des caractéristiques des impulsions en fonction des paramètres structurels et opérationnels. Nous mettons en évidence les compromis de conception qui optimisent la durée des impulsions, la fréquence de répétition et la planéité du peigne, et nous discutons des implications de ces résultats pour les systèmes photoniques intégrés nécessitant des sources de peignes à faible coût et à haute efficacité énergétique. Cette analyse fournit des indications précieuses pour la conception de lasers à modes verrouillés à points quantiques de nouvelle génération, adaptés aux applications émergentes de communication et de détection.

Biography:

Karin Hinzer is Vice-Dean, Research of the Faculty of Engineering and a Professor at the School of Electrical Engineering and Computer Science at the University of Ottawa, and the University Research Chair in Photonic Devices for Energy.  She has made pioneering contributions to the experimental physics of quantum dots. She gained extensive experience in the design and fabrication of group III-V semiconductor devices while at the National Research Council Canada, Nortel Networks and then Bookham (now Lumentum).

Professor Hinzer joined the University of Ottawa in 2007 where she founded the SUNLAB, the premier Canadian modelling and characterization laboratory for next generation optoelectronic devices and photovoltaic systems.  Her research involves developing new techniques and systems for photonics and semiconductor applications.  From 2007 to 2017, she was the Tier II Canada Research Chair in Photonic Nanostructures and Integrated Devices.  In 2010, she was the recipient of the Inaugural Canadian Energy Award with industry partner Morgan Solar for the development of more efficient solar panels. In 2015, she received the Ontario Ministry of Research and Innovation Early Researcher Award for her contributions to the fields of photonic devices and photovoltaic systems and in 2016, she was the recipient of the University of Ottawa Young Researcher Award. She is an IEEE senior member and was a member of the College of New Scholars, Artists and Scientists of the Royal Society of Canada from 2015 to 2022. Professor Hinzer was the principal investigator of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Collaborative Research and Training Experience Program titled “Training in Optoelectronics for Power: from Science and Engineering to Technology” (NSERC CREATE TOP-SET, 2017-2024), a multi-disciplinary training program involving three universities which trained 169 students and postdoctoral fellows. Professor Hinzer is an editor of the IEEE Journal of Photovoltaics.  She has published over 230 refereed papers, trained over 210 highly-qualified personnel and her laboratory has spun-off three Canadian companies in the energy sector.  Her research interests include new materials, high efficiency light sources and light detectors, solar cells, solar modules, new electrical grid architectures and power converters

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Karin Hinzer est vice-doyenne à la recherche de la Faculté de génie et professeure à l’École de génie électrique et d’informatique de l’Université d’Ottawa, où elle est également titulaire de la Chaire de recherche universitaire en dispositifs photoniques pour l’énergie. Elle a apporté des contributions novatrices à la physique expérimentale des points quantiques. Elle a acquis une vaste expérience dans la conception et la fabrication de dispositifs semi-conducteurs du groupe III-V au Conseil national de recherches du Canada, chez Nortel Networks, puis chez Bookham (aujourd’hui Lumentum).

La professeure Hinzer a rejoint l'Université d'Ottawa en 2007, où elle a fondé le SUNLAB, le principal laboratoire canadien de modélisation et de caractérisation des dispositifs optoélectroniques et des systèmes photovoltaïques de nouvelle génération. Ses recherches portent sur le développement de nouvelles techniques et de nouveaux systèmes pour les applications photoniques et semi-conducteurs. De 2007 à 2017, elle a été titulaire de la Chaire de recherche du Canada de niveau II en nanostructures photoniques et dispositifs intégrés. En 2010, elle a reçu le premier Prix canadien de l'énergie, conjointement avec son partenaire industriel Morgan Solar, pour le développement de panneaux solaires plus efficaces. En 2015, elle a reçu le Prix du jeune chercheur du ministère de la Recherche et de l'Innovation de l'Ontario pour ses contributions dans les domaines des dispositifs photoniques et des systèmes photovoltaïques et, en 2016, le Prix du jeune chercheur de l'Université d'Ottawa. Elle est membre senior de l'IEEE et a été membre du Collège des nouveaux chercheurs, artistes et scientifiques de la Société royale du Canada de 2015 à 2022.

La professeure Hinzer était la chercheuse principale du Programme de recherche et de formation en collaboration du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, intitulé « Formation en optoélectronique pour l’énergie : de la science et du génie à la technologie » (CRSNG CRÉER TOP-SET, 2017-2024). Ce programme de formation multidisciplinaire, mené en partenariat avec trois universités, a formé 169 étudiants et stagiaires postdoctoraux. La professeure Hinzer est rédactrice du IEEE Journal of Photovoltaics. Elle a publié plus de 230 articles évalués par des pairs, formé plus de 210 personnes hautement qualifiées et son laboratoire a donné naissance à trois entreprises canadiennes du secteur de l’énergie. Ses recherches portent sur les nouveaux matériaux, les sources lumineuses et les détecteurs de lumière à haut rendement, les cellules solaires, les modules solaires, les nouvelles architectures de réseaux électriques et les convertisseurs de puissance.