СВЧ-фотоника систем на основе шепчущей галереи режима резонаторы

Тихие резонаторов Галерея режиме диски или сферы микро-или миллиметрового радиуса ^1,2,3,4. При условии, что резонатор почти идеальной формы (нанометровых размеров шероховатости поверхности), лазерный свет может быть перехвачена полного внутреннего отражения в пределах своих собственных мод, которые обычно называют шепчущей галереи (гроссмейстеров). Их свободный спектральный диапазон (или интермодальные частоты) может варьироваться от ГГц до ТГц в зависимости от радиуса резонатора, а их добротность может быть исключительно высокими ^5, от 10 ⁷ – 10 ^11. Благодаря своим уникальным свойством накопления и замедления света, ШГ оптические резонаторы были использованы для выполнения многих оптической обработки сигналов ³ задачи: фильтрация, усиление, замедляющие время, и т.д.. С непрерывным улучшением технологии изготовления, их беспрецедентная факторов качества делают их пригодными для еще более требовательных приложений в метрологии или квантUM-приложениям ^6-13.

В этих сверхвысокой резонаторов Q, малый объем заключение, высокая плотность фотонов и длительный срок службы фотон (пропорционально Q) вызывают очень сильное взаимодействия света и вещества, которые могут возбудить различные гроссмейстеров через различные нелинейные эффекты, такие как Керра Раман, или Бриллюэна например ^14-19. Использование нелинейных явлений в шептались резонаторов Галерее режиме была предложена в качестве перспективного изменения парадигмы для сверхчистых микроволновой печью и Lightwave поколения. Тот факт, что эта тема пересекается столь многих областях фундаментальной науки и технологий является четким показателем его очень сильным потенциальное воздействие на широкий спектр дисциплин. В частности, аэрокосмических технологий и техники связи в настоящее время нуждается в универсальной микроволновой печью и Lightwave сигнала с исключительной согласованности. Технология гроссмейстер имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими или других перспективных методов: концептуальную простоту, чigher надежность, меньше энергопотребление, длительный срок службы, устойчивость к помехам, очень компактный объем, частота универсальность, простота интеграции чипа, а также высокий потенциал для интеграции основной стандартных фотонных компонентов для микроволновой печи и Lightwave технологий.

В аэрокосмической техники, кварцевых генераторов в подавляющем большинстве являются доминирующими в качестве ключевых источников микроволнового для обеих систем навигации (самолеты, спутники, космические корабли и т.д.) и систем обнаружения (радары, датчики и т.д.). Тем не менее, она единодушно признали сегодня, что стабильность частоты выполнения кварцевых генераторов достигает своего пола, а не улучшит значительно больше. Следуя той же логике, их универсальность частоты ограничены и вряд ли позволит для ультра-стабильные генерация микроволн за пределы 40 ГГц. Микроволновая печь фотонного осцилляторов, как ожидается, чтобы преодолеть эти недостатки. С другой стороны, в технике связи, микроволновая печь фотонаIC осцилляторы также должны быть ключевыми компонентами в оптических сетях связи, где они будут выполнять Lightwave / СВЧ преобразования с беспрецедентной эффективностью. Они также совместимы с текущей тенденцией компактный полный оптических компонентов в Lightwave технологии, которые позволяют сверхбыструю обработку [повышающее / понижающее преобразование, (де) модуляции, усиления, мультиплексирование, сведение и пр.] без необходимости управлять массивным (и затем, медленно) электронов. Эта концепция компактного фотонных цепей, где фотоны контролировать фотонов с помощью нелинейных средах стремится обойти узкие места, происходящих из практически неограниченную пропускную способность оптических каналов по сравнению с ограниченной скоростью обработки оптико-электронные. Оптические системы связи также очень требовательна к сверхнизким микроволновые печи фазовый шум для того, чтобы удовлетворить и синхронизации (низкий уровень фазового шума эквивалентно низким временем дрожание) и пропускная способность (скорость возрастает пропорционально тактовой частоте) требованиям. В самом деле, в высокоскоростных Communication сетей, таких ультра-стабильных генераторов являются фундаментальными ссылки для нескольких целей (гетеродином для вверх / вниз преобразования частоты синхронизации сети, носитель синтеза и т.п.).

Нелинейные явления в ШГ резонаторов также открыть новые горизонты исследований для других приложений, таких как Рамана и Бриллюэна лазеров. В целом, эти явления могут быть объединены в рамках более широкой перспективе нелинейных явлений в оптических резонаторов и волноводов, и это плодотворная парадигма кристаллической или кремниевой фотоники. Замкнутом пространстве и очень долгий срок службы фотонов в торообразного гроссмейстеров также предлагают отличный испытательный стенд для исследования фундаментальных вопросов в конденсированных средах и квантовой физики. Гонки, чтобы когда-либо повышения точности в электромагнитные сигналы также способствует ответить квинтэссенцией вопросов физики, связанных с относительности (тесты для Лоренц-инвариантность), или измерение фундаментальных физических константй их возможные изменения во времени.

В этой статье, различные шаги, необходимые для получения кристаллических оптических шепчущей галереи режиме (Гроссмейстер) резонаторы описаны и их характеристика объясняется. Мы приводим также протокол для получения высокого качества конические волокна необходимы для пары лазерного луча в этих резонаторов. Наконец, флагманская применения этих резонаторов в области СВЧ-фотоника, а именно ультра-стабильную поколения с использованием микроволновой печи Керр расчески, будет представлен и рассмотрен.

В первом разделе подробно протокола последующим получить сверхвысокой Q WGM резонаторов. Наш метод основан на помол и польский подход, который напоминает стандартных методов, используемых для полировки оптических элементов, таких как линзы или зеркала телескопа. Второй раздел посвящен характеристике шероховатости поверхности. Мы используем бесконтактные белый свет интерферометрическом профилометре для измерения поверхностного Roughness что приводит к поверхностное рассеяние индуцированных потерь и тем самым, снижения производительности добротность. Этот этап является важной экспериментальной проверки для оценки качества полировки. Третий раздел посвящен изготовления конических кварцевого волокна с диаметром в диапазоне микрометра для того чтобы запустить света в резонаторе. Для достижения таких малых диаметров, мы принимаем "пламя чистки" с использованием одновременно с компьютерным управлением двигателя тянуть волокна друг от друга, и паяльную лампу для обогрева площади волокна быть коническая ^20. В четвертом разделе, резонатор и конические волокна приближаются друг к другу, чтобы визуализировать резонансный сигнал шепчущей галереи использованием длины волны лазерного сканирования. Как будет показано в пятом разделе как, за счет увеличения оптической мощности в резонаторе, нам удастся вызвать нелинейные явления пока мы не наблюдаем формирование Керр оптической частотой расчески, со спектром, сделанный из равноудаленных спектральных линий. Так как электроннаяmphasized выше, эти спектры Керр расчески имеют исключительные характеристики, которые подходят для нескольких приложений в науке и технологии ^21-23. Мы рассмотрим один из самых интересных применений ШГ резонаторов, демонстрируя оптические мультисервисные длины волны сигнала, частота интермодальных сверхстабильная микроволновой печи.