Estimulada Stokes e Antistokes Raman Scattering em microparticulas Whispering Gallery Modo Resonators

Sussurrando ressonadores Gallery Mode (WGMR) mostram duas propriedades únicas, uma vida inteira de fótons de comprimento e volume de modo pequeno que permitem a redução do limiar de fenômenos não lineares ^1-3. Whispering modos galeria são modos ópticos que são confinadas na interface ar dieléctrico por reflexão total interna. O volume pequeno modo é devido à alta confinamento espacial enquanto que o confinamento temporal é relacionado com o factor de qualidade Q de cavidade. WGMR pode ter diferentes geometrias e há técnicas de fabricação diferentes adequados para a obtenção de ressonadores High Q ^4-6 cavidades tensão de superfície, tais como microesferas de sílica exposição perto de rugosidade escala atômica, o que se traduz em fatores de alta qualidade. Ambos os tipos de confinamento reduzir significativamente o limiar para os efeitos não lineares, devido à forte acumulação de energia no interior do WGMR. Ele também permite contínuas onda (CW) não lineares óptica.

WGMR pode ser descrito usando the números quânticos n, L, M e o seu estado de polarização, num forte analogia com o átomo de hidrogénio ^7. A simetria esférica permite a separação em radial e dependências angulares. A solução radial é dada por funções de Bessel, os angulares pelos harmônicos esféricos ^8.

Vidro de sílica é centrossimétrico e, portanto, segundo fenômenos de ordem relacionadas com Χ ⁽²⁾ interações são proibidos. Na superfície da microesfera, a inversão de simetria é quebrada e Χ ⁽²⁾ os fenómenos pode ser observada ^uma. No entanto, as condições de casamento de fase para a geração de frequência de segunda ordem são mais problemáticas do que o equivalente em geração de terceira frequência ordem, especialmente porque os comprimentos de onda envolvidas são bastante diferentes e o papel de dispersão pode ser muito importante. O segundo interações de ordem são extremamente fracos. As escalas de energia gerados com Q ³ enquanto que para um thifim rd interação das escalas de energia gerados com Q ^{4. 9} Por essa razão, o foco deste trabalho é de terceira ordem óptica susceptibilidade não-linear Χ ⁽³⁾ interações tais como Stimulated Raman Scattering (SRS) e estimulou Antistokes Raman Scattering (SARS) , sendo SARS a interação menos exploradas ^10,11. Chang ¹² e Campillo ¹³ foi pioneiro nos estudos de fenômenos não lineares usando gotículas de materiais altamente não-lineares como WGMR mas o laser da bomba foi pulsado em vez de CW. Microesferas de sílica ^14,10 e microtoroids ¹⁵ instaladas plataformas mais estáveis ​​e robustos em comparação com os micro-gotas, ganhando muita atenção nas últimas décadas. Particularmente, microesferas de sílica são muito fáceis de fabricar e manusear.

SRS é um processo de ganho puro que pode ser facilmente alcançada em sílica WGMR ^14,15, desde que atingiu um limiar é suficiente. Neste caso, o elevado circulating intensidade dentro do WGMR garante Raman de laser, mas para oscilações paramétricos não é suficiente. Nestes casos, as oscilações eficientes requerem fase e correspondência modo, a energia ea lei de conservação de impulso e uma boa sobreposição espacial de todos os modos de ressonância a ser cumprida ^16-18. Este é o caso de SARS e FWM em geral.