基于微波光子系统回音壁模式谐振器

该程序的总体目标是使用 Whispering Gallery 模式生成光频梳，用于微波光子学应用的盘式谐振器。第一步是对结晶盘的边缘进行研磨和抛光，直到其表面粗糙度达到亚纳米级。第二步是使用 AAU 干涉仪显微镜测量该表面粗糙度。

接下来，a，在用喷灯加热的同时拉出单模光纤，以获得具有微米级直径的锥形光纤。最后一步是使用锥度将激光耦合到圆盘谐振器中，并激发耳语画廊模式，其往返光路对应于总内部反射的整数。最终，泵功率增加，并通过护理非线性激发其他耳语画廊模式。

这导致时域中出现短脉冲，而频域中出现频梳。使用机械抛光结晶圆盘式研磨机的测试是，可以以较小的内部吸收实现非常高的表面快速质量。表面度可以使用定制的光学轮廓仪准确，相关的 C 因子是使用 cavi 方法将光发射到圆盘发起器中。

我们使用实验室制造的类型纤维。与其他方法不同。型光纤提供触发非线性效应所需的非常高的耦合效率。

在低泵浦功率下，护理非线性会感应出新频率，因为足够高的激光功率会导致光频率柱。对于相位相关频率，可以生成可靠的微波，我们将其用于 photonix 应用。该协议的第一步是产生一个谐振器。

从光学窗口结晶氟化镁或氟化钙开始。这里使用了一个直径为 6 毫米的氟化钙圆盘。晶体将在抛光塔上成型和抛光，就像为本实验定制的抛光塔一样。

该抛光塔中的样品连接到由主轴电机胶水固定的杆上，杆的末端到晶体光学窗口的中心，将杆安装在主轴电机中。接下来，用适合所用晶体的抛光支撑垫覆盖 V 形金属导轨。取准备好的研磨粉末混合物，例如粒径为 10 微米的金刚石或碳化硅和水，然后将其倒在导轨中的垫上。

以大约 5， 000 RPM 的速度开始旋转晶体，并将导轨移向旋转的晶体，以开始以 20 克的速度研磨它。压力 继续研磨，直到晶体呈凸起形状，如此计算机生成的图像所示。这可能需要 2 到 4 小时，具体取决于材料。

晶体成型后，下一步是进一步的研磨和抛光。在导轨中使用逐渐变小的磨料颗粒与水混合，整个过程需要 4 到 8 小时。随着研磨和抛光的进行，获得有关表面状态的反馈非常重要。

最初，当晶体不透明时，使用光学显微镜进行目视检查。表面应保持无缺陷，粗糙度与磨料粒度相当。后来，在用 1 微米颗粒成功抛光后，晶体变得透明，并且在后期使用较小的磨料达到光学抛光，需要干涉测量来表征表面。

使用配备士气干涉仪物镜的显微镜，通过在士气物镜中观察到的干涉图来定性研究表面高度变化。一半的入射光被引导到圆盘的表面，而另一半则被镜子反射。圆盘反射的光和来自镜子的光会产生干涉图案，用于表征圆盘表面。

该干涉图像来自用 1 微米粉末抛光的表面。它显示出显着的身高变化。此图像来自用 100 纳米粉末抛光的表面。

它表示表面要光滑得多。要进行更详细的表征，请使用计算机控制的测量来测量小区域内表面的高度变化。此图像在大约一小时内完成，覆盖约 0.25 平方毫米。

研磨和抛光应继续进行，直到干涉数据表明表面尽可能光滑。为了将光耦合到光盘上。在光纤中拉出锥度。

拉制锥度时，锥度中的纤维直径从 125 微米减小到 1 微米。高阶模式是逐渐激发的，它们会相互干扰。达到临界点。

当这些高阶模式被弹出时，只有一个模式保持引导状态，其倏逝场可用于将光耦合到圆盘中，以产生耦合到谐振器的光纤。从大约一米的单模二氧化硅光纤开始。将裸光纤拼接到每侧的 FC 连接器。

从单模二氧化硅光纤的中心部分剥离约 5 厘米的塑料和聚合物涂层。然后将光纤的一端连接到连续波近红外激光源，另一端连接到光电二极管。这允许监控光纤。

接下来，将纤维剥离区域两侧的涂层部分固定到计算机控制的高分辨率电机上。电机应由计算机控制，并配置为以恒定加速度向相反方向拉动两端。现在，用喷灯加热纤维的未涂层部分约一分钟。

火焰应该是温和的，以避免损坏不断发展的锥度。一分钟后，在仍然施加火焰的同时，使用电机的计算机接口启动每个电机以每平方约 5 微米的恒定加速度移动。其次，一旦绘图开始，使用激光源和光电二极管监测锥度的传输。

在此过程中，IOD 干涉图案会出现，频率增加，然后对于直径接近 1 微米的废料，干涉图案会消失。此时，立即停止电机运动和火焰，将光耦合到谐振器并测量腔体的 agan 模式。谐振器和光纤锥度必须在显微镜下彼此靠近。

将谐振器固定在光纤锥度附近的三轴 PAO 控制平移台上，同时使用显微镜监测谐振器和光纤锥度的相对位置。将谐振器移动到距离锥度小于 1 微米的距离。使用镜子来帮助进行垂直定位和倾斜角度，以测试光纤和谐振器的耦合。

将锥形光纤连接到可见半导体激光管。当耦合有效时，应照亮谐振器。一旦实现有效耦合，就用对准比谐振窄的无跳模激光器替换可见半导体激光管。

锥度的另一端应输入到连接到示波器的光电二极管。当光进入腔体时，其强度会随着时间的推移呈指数级下降。特征衰减时间称为光子生命周期。

衡量谐振器储能容量的一个重要指标是品质因数，该品质因数定义为光子寿命与光子角频率的乘积。可以通过型腔降环实验来准确测量品质因数。以足够快的速度扫描输入激光器的波长，以在暗室中衰减的谐振光与随后的失谐光之间产生干涉。

然后微调谐振器和 taper 的位置，以最大限度地提高耦合品质因数。使用示波器迹线作为指导，通过拟合测量曲线来找到品质因数。通过在可调谐激光器和谐振器之间插入光放大器，可以看到非线性效应。

使用光电二极管示波器走线进行反馈，将激光器调谐到接近谐振的输入波长。此时，将输出光纤连接到高分辨率光谱分析仪。增加激光输入功率，同时略微失谐泵浦波长。

新频率将出现在泵峰值的每一侧。这是一款呵护光学频率梳。在这张透射与时间的关系图中，使用由氟化钙制成的耳语廊模式谐振器上的空腔衰荡技术发现了蓝色轨迹。

使用本协议的方法，红色曲线是拟合曲线，从中可以确定 1.5 乘以 10 到 9 的内禀品质因数。该数据显示了为 whispering gallery 模式谐振器获得的 Care 光学频率梳。中心频率是输入激光器的中心频率，约为 193.3 太赫兹。

其他谱线是由谐振器中的非线性相互作用创建的。每条谱线之间的频率为 6 GHz，对应于谐振器的自由光谱范围。看完这个视频后，你应该对如何制造超高Q耳语通道模式、谐振器、如何使用锥形光纤将它们耦合到激光泵浦以及如何产生光频率补偿有一个很好的了解。

这些方法能够研究非线性介质中强限制激光场诱导的基本光物质相互作用，探索各种技术应用。执行此程序时，不要忘记采取预防措施，例如口罩、胶水和经过认证的激光安全眼镜。