Mikrosferik Whispering Galeri Modu Rezonatörler içinde Uyarılmış Stokes ve Antistokes Raman saçılması
Summary
Üçüncü dereceden optik doğrusal olmayan duyarlılık ile ilgili doğrusal olmayan olayların etkili nesil Χ (3) triply rezonans silis mikrosferlerdeki etkileşimler bu yazıda sunulmuştur. bildirilen burada etkileşimler şunlardır: Uyarılmış Raman saçılması (SRS) ve Uyarılmış Anti-Stokes Raman Saçılma (SARS) içeren dört dalga karıştırma işlemleri.
Abstract
Dielektrik mikroküreler yüksek kalite faktörü fısıldayan galeri modları arasında belirli bir süre (WGM) için ışık ve ses sınırlandırmak olabilir. kompakt lazer kaynakları, son derece hassas biyokimyasal sensörler ve doğrusal olmayan fenomenler: cam mikro uygulamalar büyük bir çeşitlilik ile bir enerji deposu olarak düşünülebilir. mikrosferler ve bağlantı sisteminin, hem imalatı için bir protokol verilmektedir. Burada anlatılan kuplörler konik lifler bulunmaktadır. Üçüncü dereceden optik doğrusal olmayan duyarlılık ile ilgili doğrusal olmayan olayların etkili nesil Χ (3) triply rezonans silis mikrosferlerdeki etkileşimler bu yazıda sunulmuştur. bildirilen burada etkileşimler şunlardır: Uyarılmış Raman saçılması (SRS) ve Uyarılmış Anti-Stokes Raman Saçılma (SARS) içeren dört dalga karıştırma işlemleri. boşluğu geliştirilmiş olgusunun bir dayanıklı pompa, sinyal ve avara arasındaki korelasyonun olmaması ile elde edilir: bir rezonant mod çifti elde etmek için ana kadar zorundadırsinyal ve avara. hyperparametric salınımlarının durumunda (dört dalga karıştırma ve uyarılmış anti-Stokes Raman saçılması) ise, modlar, enerji ve momentum korunumu yerine getirmek ve son ama en az değil, iyi bir mekansal örtüşme olmalıdır.
Introduction
Fısıldayan galeri modu rezonatörler (WGMR) doğrusal olmayan fenomenler 1-3 eşik azalma sağlayan iki benzersiz özellikleri, uzun bir foton ömrü ve küçük mod hacmi göstermektedir. Fısıldayan galeri modları toplam iç yansıma yoluyla dielektrik hava arayüzü sınırlıdır optik modları vardır. zamansal hapsi boşluğunun kalite faktörü Q ile ilgilidir, oysa küçük mod hacmi yüksek uzaysal hapsi kaynaklanmaktadır. WGMR farklı geometrilere sahip olabilir ve yüksek Q Resonators böyle kaliteli faktörlerinin çevirir atomik ölçekli pürüzlülük yakın silis mikroküreler sergi olarak 4-6 Yüzey gerilimi boşlukları elde etmek için uygun farklı üretim teknikleri vardır. doğumdan her iki tip önemli ölçüde bağlı WGMR içinde güçlü bir enerji birikimine doğrusal olmayan etkiler için eşik azaltır. Aynı zamanda sürekli dalga (CW) doğrusal olmayan optik sağlar.
WGMR th kullanılarak tanımlanabilirhidrojen atomu 7 ile güçlü benzer e kuantum N, L, m ve polarizasyon durumu. küresel simetri radyal ve açısal bağımlılıkları ayrılmasını sağlar. Radyal çözüm Bessel fonksiyonlarının, küresel harmonikler 8 açısal olanlar tarafından verilmektedir.
Silis camı nedenle, ki-kare ile ilgili ikinci derece fenomeni (2) etkileşimleri yasaktır, centrosymmetric ve. Mikro yüzeyinde, simetri inversiyon kırılır ve Χ (2) fenomeni 1 görülmektedir. Ancak, ikinci dereceden frekans üretimi için faz eşleme koşulları dahil dalga boyları oldukça farklı ve dağılım rolü oldukça önemli olabilir, çünkü özellikle üçüncü derece frekans nesil eşdeğer daha sorunludur. ikinci dereceden etkileşim son derece zayıftır. Oysa bir thi için Q 3 ile oluşturulan güç ölçeklerrd sipariş etkileşim Q 4 ile oluşturulan güç ölçekler. 9 Bu nedenle, bu çalışmanın odak üçüncü dereceden optik doğrusal olmayan duyarlılık Χ (3) gibi Uyarılmış Raman Saçılması (SRS) ve Uyarılmış Antistokes Raman saçılımı olarak etkileşimler (SARS) 'dir SARS az araştırdı etkileşim 10,11 olmak. Chang 12 ve Campillo 13 derece doğrusal olmayan WGMR gibi malzemeler ancak pompa lazer yerine CW pulse edilmiştir damlacıkları kullanılarak doğrusal olmayan fenomenlerin çalışmalarını öncülük etmiştir. Silika mikroküreler 14,10 ve microtoroids 15 son yıllarda dikkat çok kazanıyor, mikro damlacıklar kıyasla daha istikrarlı ve sağlam platformlar sağladı. Özellikle silis mikro imal ve kullanımı çok kolaydır.
SRS bir eşik ulaşan yeterli olduğundan kolayca silis WGMR 14,15 elde edilebilir saf kazanç süreçtir. Bu durumda, yüksek circulatiWGMR içinde yoğunluğunu ng Raman lazer uygulaması garanti, ama parametrik salınımlar için yeterli değildir. Bu gibi durumlarda, verimli titreşimler faz ve mod eşleştirme, enerji ve momentum korunumu yasası ve tüm rezonans modlarının iyi bir mekansal örtüşme 16-18 yerine getirilmesi gerekir. Bu durum, genelde SARS ve FWM için geçerlidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikroküreler kompakt ve verimli doğrusal olmayan osilatörler ve onlar imal ve işlemek için çok kolaydır. Konik elyaf bağlanması ve rezonatörün üzerine / ışık çıkarmak için de kullanılabilir. % 95'e kadar rezonans kontrast ve yaklaşık 3 x 10 8 Q faktörleri elde edilebilir.
Bu fabrikasyon teknikleri ana sınırlama seri üretim ve entegrasyonu. liflerin temizliğine mikroküreler ve daralan hem için kritiktir ve böylece nem. Her iki cihaz uzun süreli bir…
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
- Kozyreff, G., Dominguez-Juarez, J. L., Martorell, J. Non linear optics in spheres: from second harmonic scattering to quasi-phase matched generation in whispering gallery modes. Laser Photon. Rev. 5 (6), (2011).
- Farnesi, D., Barucci, A., Righini, G. C., Berneschi, S., Soria, S., Nunzi Conti, G. Optical frequency generation in silica microspheres. Phys. Rev. Lett. 112 (9), 093901 (2014).
- Liang, W., et al. Miniature multioctave light source based on a monolithic microcavity. Optica. 2 (1), 40-47 (2015).
- Maker, A. J., Armani, A. M. Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators. J. Vis. Exp. (65), e4164 (2012).
- Coillet, A., Henriet, R., Phan Huy, K., Jacquot, M., Furfaro, L., Balakireva, I., et al. Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators. J. Vis. Exp. (78), e50423 (2013).
- Han, K., Kim, K. H., Kim, J., Lee, W., Liu, J., Fan, X., et al. Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators. J. Vis. Exp. (87), e51497 (2014).
- Arnold, S. Microspheres, Photonic Atoms, and the Physics of Nothing. American Scientist. 89 (5), 414-421 (2001).
- Chiasera, A., et al. Spherical whispering gallery mode microresonators. Laser Photon. Rev. 4 (3), 457-482 (2010).
- Helt, L. G., Liscidini, M., Sipe, J. E. How does it scale? Comparing quantum and classical nonlinear optical processes in integrated devices. J. Opt. Soc. Am. B. 29 (8), 2199-2212 (2012).
- Leach, D. H., Chang, R. K., Acker, W. P. Stimulated anti-Stokes Raman scattering in microdroplets. Opt. Lett. 17 (6), 387-389 (1992).
- Farnesi, D., Cosi, F., Trono, C., Righini, G. C., Nunzi Conti, G., Soria, S. Stimulated Antistokes Raman scattering resonantly enhanced in silica microspheres. Opt. Lett. 39 (20), 5993-5996 (2014).
- Qian, S. X., Chang, R. K. Multiorder Stokes emission from micrometer size droplets. Phys. Rev. Lett. 56 (9), 926-929 (1986).
- Lin, H. B., Campillo, A. J. CW nonlinear optics in droplet microcavities displaying enhanced gain. Phys. Rev. Lett. 73 (18), 2440-2443 (1994).
- Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Vahala, K. J. Ultralow threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity. Nature. 415 (6872), 621-623 (2002).
- Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. Kerr-Nonlinearity optical parametrical oscillation in an ultrahigh Q toroid microcavity. Phys. Rev. Lett. 93 (8), 083904 (2004).
- Hill, S. C., Leach, D. H., Chang, R. K. Third order sum frequency generation in droplets: model with numerical results for third-harmonic generation. J. Opt. Soc. Am. B. 10 (1), 16-33 (1993).
- Kozyreff, G., Dominguez Juarez, J. L., Martorell, J. Whispering gallery mode phase matching for surface second order nonlinear optical processes in spherical microresonators. Phys. Rev. A. 77 (4), 043817 (2008).
- Jouravlev, M. V., Kurizki, G. Unified theory of Raman and parametric amplification in nonlinear microspheres. Phys. Rev. A. 70 (5), 053804 (2004).
- Brenci, M., Calzolai, R., Cosi, F., Nunzi Conti, G., Pelli, S., Righini, G. C. Microspherical resonators for biophotonic sensors. Proc. SPIE. 6158, 61580S (2006).
- Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. J. Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities. Opt. Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).
- Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Min, B., Vahala, K. J. Theoretical and experimental study of stimulated and cascaded Raman scattering in ultrahigh Q optical microcavities. J. Sel. Quantum Electron. 10 (5), 1219-1228 (2004).
- Bloembergen, N., Shen, Y. R. Coupling between vibrations and light waves in Raman laser media. Phys. Rev. Lett. 12 (18), 504-507 (1964).
- Gorodestky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high Q microspheres. J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).
- Arnold, S., Ramjit, R., Keng, D., Kolchenko, V., Teraoka, I. Microparticle photophysics illuminates viral bio-sensing. Faraday Discuss. 137, 65-83 (2008).
- Ozdemir, S. K., et al. Highly sensitive detection of nanoparticle with a self referenced and self-heterodyned whispering gallery Raman microlaser. Proc. Natl. Acad. Sci USA. 11 (37), E3836-E3844 (2014).
