Stimulated Stokes und Antistokes Raman Scattering in Mikrosphärische Whispering Gallery-Modus Resona

Whispering – Gallery – Mode – Resonatoren (WGMR) zeigen zwei einzigartige Eigenschaften, eine lange Lebensdauer und Photonen kleinen Modenvolumen, das die Reduzierung der Schwelle der nichtlinearen Phänomene ^1-3 ermöglichen. Whispering-Gallery-Modi sind optischen Moden, die auf der dielektrischen Luft-Grenzfläche durch Totalreflexion beschränkt sind. Die kleine Modenvolumen ist aufgrund der hohen räumlichen Confinement während die zeitliche Beschränkung auf den Gütefaktor Q des Resonators verbunden ist. WGMR können unterschiedliche Geometrien aufweisen und es gibt verschiedene Herstellungstechniken geeignet ist zum Erhalten hoher Q – Resonatoren ^4-6 Oberflächenspannung Hohlräume wie Siliciumdioxid – Mikrokugeln weisen in der Nähe von atomarer Skala Rauhigkeit, der in hoher Qualitätsfaktoren übersetzt. Beide Arten der Entbindung signifikant die Schwelle für nichtlineare Effekte aufgrund der starken Energieaufbau im Inneren des WGMR reduzieren. Es ermöglicht auch kontinuierliche Welle (CW) der nichtlinearen Optik.

WGMR kann mit th beschriebene Quantenzahlen n, l, m und deren Polarisationszustand in einem starken Analogie mit dem Wasserstoffatom ^7. Die Kugelsymmetrie ermöglicht die Trennung in Radial- und Winkelabhängigkeiten. Die radiale Lösung wird durch Bessel – Funktionen, die Winkel diejenigen durch die sphärischen Harmonischen ⁸ gegeben.

Quarzglas ist zentrosymmetrischen und deshalb zweiter Ordnung Phänomene im Zusammenhang mit Χ ⁽²⁾ Wechselwirkungen verboten sind. An der Oberfläche des Mikrokügelchens ist die Umkehrung der Symmetrie gebrochen und Χ ⁽²⁾ Phänomene ¹ beobachtet werden. Allerdings Phasenanpassungsbedingungen für die zweite Ordnung Frequenzerzeugung sind problematischer als das Äquivalent in dritter Ordnung Frequenzerzeugung, vor allem, weil die beteiligten Wellenlängen sehr unterschiedlich sind und die Rolle der Dispersion kann sehr wichtig sein. Die zweite Ordnung Wechselwirkungen sind extrem schwach. Die erzeugte Energie Skalen mit Q ³ , während für eine thidritter Ordnung Interaktion die erzeugte Leistung Skalen mit Q ^{4. 9} Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit ist es dritte optische Ordnung nichtlinearen Suszeptibilität Χ ⁽³⁾ Wechselwirkungen wie Stimulated Raman Scattering (SRS) und stimulierte Antistokes Raman Scattering (SARS) , ^10,11 SARS die weniger erforschten Wechselwirkung zu sein. Chang ¹² und Campillo ¹³ Pionierarbeit geleistet , die Studien der nichtlinearen Phänomene Tröpfchen von hochgradig nichtlinearen Materialien wie WGMR verwenden , aber der Pumplaser anstelle von CW gepulst. Silica – Mikrokugeln ^14,10 und ¹⁵ versehen Mikrotoroide stabiler und robuster Plattformen im Vergleich zu den Mikrotröpfchen, in den letzten Jahrzehnten viel Aufmerksamkeit gewinnen. Insbesondere sind Siliciumoxidmikrokügelchen sehr leicht herzustellen und zu handhaben.

SRS ist ein reiner Gewinn Prozess, der leicht in Siliciumdioxid WGMR erreicht werden kann , ^14,15, da eine Schwelle erreicht genug ist. In diesem Fall ist die hohe circulating Intensität innerhalb des WGMR garantiert Raman Laser, aber für die parametrische Schwingungen nicht ausreichend. In diesen Fällen erfordern eine effiziente Schwingungen Phase und Modenanpassung, Energie- und Impulserhaltungsgesetz und eine gute räumliche Überlappung aller Resonanzmoden ^16-18 erfüllt werden. Dies ist der Fall für SARS und FWM im Allgemeinen.