Summary

Estimulada Stokes y Antistokes Raman Scattering en microesférico Whispering Gallery Mode resonadores

Published: April 04, 2016
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Summary

Generación eficiente de los fenómenos no lineales relacionados con la susceptibilidad de tercer orden no lineal óptica Χ (3) interacciones en las microesferas de sílice triplemente resonantes se presenta en este documento. Las interacciones aquí reportados son: Estimulada dispersión Raman (SRS), y cuatro procesos de mezcla de ondas que comprenden estimulada anti-Stokes Raman Scattering (SARS).

Abstract

microesferas dieléctricos pueden confinar la luz y el sonido durante un espacio de tiempo a través del factor susurrando modos galería de alta calidad (WGM). microesferas de vidrio pueden ser considerados como reserva de energía con una gran variedad de aplicaciones: las fuentes de láser compacto, sensores bioquímicos altamente sensibles y fenómenos no lineales. se da un protocolo para la fabricación tanto de las microesferas y sistema de acoplamiento. Los acopladores descritos aquí son fibras cónicas. Generación eficiente de los fenómenos no lineales relacionados con la susceptibilidad de tercer orden no lineal óptica Χ (3) interacciones en las microesferas de sílice triplemente resonantes se presenta en este documento. Las interacciones aquí reportados son: Estimulada dispersión Raman (SRS), y cuatro procesos de mezcla de ondas que comprenden estimulada anti-Stokes Raman Scattering (SARS). Una prueba de la cavidad fenómeno mejorada está dada por la falta de correlación entre la bomba, de la señal y idler: un modo de resonancia tiene que existir a fin de obtener el parde la señal y la rueda loca. En el caso de oscilaciones hyperparametric (mezcla de cuatro ondas y estimulado anti-Stokes Raman de dispersión), los modos deben cumplir con la conservación de la energía y el momento y, por último pero no menos importante, tener una buena superposición espacial.

Introduction

Susurrando resonadores modo de galería (WGMR) muestran dos propiedades únicas de toda la vida, un fotón de longitud y de pequeño volumen modo que permitan la reducción del umbral de los fenómenos no lineales 1-3. Susurrando galería modos son modos ópticos que están limitados en la interfase aire dieléctrica por la reflexión interna total. El volumen pequeño modo es debido a la alta confinamiento espacial mientras que el confinamiento temporal está relacionado con el factor de calidad Q de la cavidad. WGMR puede tener diferentes geometrías y hay diferentes técnicas de fabricación adecuadas para la obtención de altos resonadores Q 4-6 cavidades tensión superficial tales como microesferas de sílice exhiben cerca de rugosidad escala atómica, lo que se traduce en altos factores de calidad. Ambos tipos de confinamiento reducen significativamente el umbral de efectos no lineales debido a la fuerte acumulación de energía dentro de la WGMR. También permite a los continuos óptica no lineal de ondas (CW).

WGMR puede ser descrito usando THe números cuánticos n, l, m y su estado de polarización, de una fuerte analogía con el átomo de hidrógeno 7. La simetría esférica permite la separación radial y en las dependencias angulares. La solución radial está dada por las funciones de Bessel, los angulares de los armónicos esféricos 8.

Vidrio de sílice es centrosymmetric y, por lo tanto, están prohibidos los fenómenos de segundo orden relacionadas con Χ (2) interacciones. En la superficie de la microesfera, la inversión de la simetría se rompe y Χ (2) se puede observar fenómenos 1. Sin embargo, las condiciones de adaptación de fase para la generación de frecuencia de segundo orden son más problemáticos que el equivalente en tercera generación de la frecuencia de compra, sobre todo porque las longitudes de onda implicadas son bastante diferentes y la función de dispersión pueden ser bastante importante. El segundo interacciones de orden son extremadamente débiles. Las escalas de la energía generada con Q 3, mientras que para un thiPara rd interacción de las escalas de la energía generada con Q 4. 9 Por esta razón, el objetivo de este trabajo es de tercer orden óptica susceptibilidad no lineal Χ (3) interacciones tales como estimulada de Raman Scattering (SRS) y se estimularon Antistokes Raman Scattering (SARS) , siendo el SARS la interacción menos explorado 10,11. Chang 12 y 13 de Campillo fue pionero en el estudio de los fenómenos no lineales utilizando gotas de materiales no lineales como WGMR pero el láser de bombeo se pulsó en lugar de CW. Microesferas de sílice 14,10 y 15 microtoroids instalarán plataformas más estables y robustos en comparación con las microgotas, ganando gran parte de la atención en las últimas décadas. En particular, las microesferas de sílice son muy fáciles de fabricar y manejar.

SRS es un proceso ganancia pura que se puede lograr fácilmente en WGMR sílice 14,15, ya que alcanzar un umbral es suficiente. En este caso, el alto circulating de intensidad dentro de la WGMR garantiza Raman de acción láser, pero para oscilaciones paramétricas no es suficiente. En estos casos, las oscilaciones eficientes requieren fase y modo correspondiente, la energía y la ley de conservación del momento y una buena superposición espacial de todos modos resonantes que deben cumplirse 16-18. Este es el caso de SARS y FWM en general.

Protocol

1. La fabricación de ultra alta Factor de microesferas de calidad Franja de unos 1-2 cm de una fibra estándar monomodo (SMF) de sílice fuera de su recubrimiento acrílico usando un separador óptico. Limpiar la parte pelada con acetona y se unirá él. Introducir la punta escindido en un brazo de un empalmador de fusión y producir una serie de descargas de arco eléctrico utilizando el controlador de empalme. Seleccionar "modo manual" en el menú del controlador de empalme, e…

Representative Results

Los factores Q de las microesferas fabricadas siguiendo el protocolo descrito anteriormente son en exceso de 10 8 (Figura 5) para diámetros grandes (> 200 m) y más de 10 6 para diámetros pequeños (<50 micras). contraste de resonancia por encima de 95% (cerca de acoplamiento crítico) se puede observar fácilmente. Para altas intensidades de circulación, se pueden observar los siguientes efectos no lineales en la región del infrarrojo: la…

Discussion

Las microesferas son osciladores no lineales compactos y eficientes y que son muy fáciles de fabricar y manejar. fibras cónicos se pueden utilizar para el acoplamiento y la extracción de la luz en / desde el resonador. Contraste de resonancia de hasta 95% y factores Q de alrededor de 3 x 10 8 pueden ser obtenidos.

La principal limitación de estas técnicas de fabricación es la producción y la integración de masas. Limpieza de las fibras es crítica tanto para microesferas y…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi

Ente Cassa di Risparmio di Firenze (No. 2014.0770A2202.8861)

Materials

Optical Fiber Corning SMF28
Fiber coating stripper Thorlabs T06S13 Available from other vendors as well
Fiber cleaver Fitel S325A Available from other vendors as well
Fusion splicer Furakawa S177A-1R Available from other vendors as well
Butane and Oxygen Gas n/a any vendor
Microscope tube Navitar Zoom 6000 Modular Kit
CCD camera n/a N/A any will fit
Monitor n/a N/A any monitor is valid
3-Axis Stage PI Instruments, Thorlabs, Melles
Assorted posts and mounts Thorlabs Available from other vendors as well
Polarization control Thorlabs FPC030 Available from other vendors as well
Attenuator Throlabs VOA50
Photodiode Thorlabs PDA400 discontinued, replaced by PDA10CS-EC
Oscilloscope Tektronix DPO7104
Optical spectrum analyzer Ando AQ6317B
Erbium Doped Fiber Amplifier IPG Photonics EAD-2K-C
Tunable Laser Yenista TUNICS

References

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Farnesi, D., Berneschi, S., Cosi, F., Righini, G. C., Soria, S., Nunzi Conti, G. Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators. J. Vis. Exp. (110), e53938, doi:10.3791/53938 (2016).

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