Stimulé Stokes et antistokes Raman Scattering dans microsphériques Galerie Whispering mode Resonators

L'objectif général de cette procédure est de générer de nouvelles fréquences optiques à l'aide de résonateurs microsphériques en silice exploitant les modes de galerie chuchotante, pour des applications optiques et photoniques allant de sources laser compactes à la détection biochimique. Dans les microrésonateurs à mode de galerie chuchotante, la lumière peut être guidée avec une combinaison unique de confinement spatial élevé et de longue durée de vie de cavité. De faibles pertes assurent des facteurs de qualité élevés.

Ces résonateurs sont idéalement adaptés aux interactions non linéaires en optique. En particulier, les microsphères en silice présentent un grand potentiel en tant que générateurs de fréquence pour des sources compactes, à largeur de raie étroite, accordables et à onde continue. L'intérêt d'utiliser des techniques de fusion pour la fabrication de la microsphère électrique repose sur le fait que de faibles pertes par diffusion peuvent être obtenues, et par conséquent des facteurs de qualité très élevés.

Nous avons utilisé une fibre effilée fabriquée en laboratoire pour coupler la lumière dans les microsphères. Le rendement élevé du couplage et le facteur important d'accumulation dans la cavité peuvent déclencher des effets non linéaires de Kerr avec une faible puissance de pompe en onde continue. La démonstration de la procédure d'effilage sera réalisée par Franco Cosi, technicien de notre laboratoire.

Pour créer une microsphère, commencez par obtenir un tronçon de fibre à travailler. Rassemblez le matériel nécessaire à la fabrication d'une microsphère à l'aide d'une fibre de silice monomode. Cela inclut la fibre, l'acétone, un dénudeur optique et un cliveur de fibre.

En outre, préparez un soudeur de fibres. Utilisez l'éplucheur pour retirer environ 1 à 2 centimètres du revêtement acrylique à l'extrémité de la fibre. Nettoyez ensuite la partie épluchée avec un chiffon propre et de l'acétone.

Placer l'extrémité de la fibre dans le cliveur de fibre et effectuer le clivage afin d'isoler la partie dénudée. Récupérer la fibre clivée à partir du cliveur. Déplacer la pointe de la fibre vers le soudeur par fusion.

Placez alors la fibre et maintenez-la en position conformément aux instructions du fabricant. Fermez le couvercle, vérifiez que la puissance de l'arc et la durée de l'arc sont correctes, puis déclenchez l'arc. Surveillez l'avancement sur l'écran d'affichage.

Alors que l'arc fond le verre, la forme de la fibre commencera à prendre une forme sphérique en raison de la tension superficielle. Lorsque la sphère commence à se former, arrêtez l'arc et ouvrez le couvercle. Accédez à la fibre dans le porte-échantillon, faites-la pivoter de 90 degrés pour préserver la forme sphérique, puis réfixez fermement la fibre en place.

Fermez le couvercle et redémarrez l'arc. Effectuez au moins trois rotations de 90 degrés de ce type sur une durée de cinq à dix minutes afin d'obtenir une microsphère d'environ 160 micromètres. Lorsque vous retirez la microsphère et sa tige en fibre, préparez-vous à la stocker ou à l'utiliser dans les 24 heures.

Ce support en forme de t peut être monté sur une platine de translation pour être utilisé dans des expériences de couplage lumineux. Il comporte un canal au milieu destiné à la tige en fibre de la microsphère. Placer l'extrémité résiduelle de la tige de la microsphère dans le canal afin que la microsphère reste dégagée au-dessus du support.

Fixez la tige avec du ruban adhésif transparent. Commencez maintenant à créer une fibre effilée afin de coupler la lumière dans la microsphère. Cela nécessitera un dispositif capable d'écarter lentement les extrémités de la fibre.

Commencez avec un tronçon de fibre en silice monomode et identifiez son point médian. Utilisez l'épluche-câble optique pour retirer environ 3 à 4 centimètres du revêtement autour de ce point. Une fois cette opération terminée, faites glisser un cylindre en alumine sur la partie dénudée de la fibre afin de servir de fourneau.

Ensuite, utilisez un connecteur à fibre nue pour relier une extrémité de la fibre à un laser capable de fonctionner à 635 nanomètres. Branchez l'autre extrémité de la fibre à un puissancemètre. Une fois la fibre en place, disposez une flamme d'oxygène et de butane afin de chauffer le cylindre d'alumine à une température proche du point de fusion de la silice, d'environ 2 100 degrés Celsius.

Démarrez l'étireuse de fibre afin qu'elle éloigne lentement les deux extrémités l'une de l'autre. Avec le laser de 635 nanomètres allumé, surveillez la puissance transmise à travers la fibre à l'aide du puissancemètre. Les valeurs changeantes reflètent l'affinement en cours.

À ce stade, arrêtez de tirer sur la fibre et éteignez la flamme. Retirez occasionnellement la fibre de l'entrée du puromètre afin de projeter la sortie de la fibre sur une carte de faisceau et vérifier qu'un spot circulaire homogène est préservé pendant le processus d'affinement. Manipulez la fibre après qu'elle ait été libérée de tout équipement, y compris du cylindre.

Positionnez une lame de microscope en verre découpée en forme de U près du rétrécissement de la fibre. Ensuite, placez la fibre sur la lame en centrant le rétrécissement sur le U. Maintenez la fibre tendue et appliquez de la colle là où la fibre et la lame se superposent afin de fixer la fibre en place. À ce stade, préparez-vous à coupler la lumière dans la microsphère à l’aide de la fibre affinée.

Pour ce faire, utilisez des étapes de translation séparées pour la microsphère et la fibre effilée. Sur une plateforme équipée d'actionneurs piézoélectriques, fixez le support en forme de T avec la microsphère de manière à ce que celle-ci soit orientée vers le haut. Sur l'autre plateforme de translation, fixez la lame de verre avec la fibre orientée perpendiculairement à la tige de la fibre de la microsphère.

Utilisez un câble de fibre terminé pour relier une extrémité de la fibre effilée à un laser à diode accordable. Connectez l'autre extrémité à un détecteur photodiode en arseniure d'indium-gallium. Placez ensuite les deux étages de translation sous le tube du microscope qui sera utilisé pour observer l'entrefer entre la microsphère et l'effilé.

Les deux doivent être placés de sorte que le rétrécissement de la fibre et la microsphère se trouvent dans la course des étages de translation. En outre, placez un miroir à 45 degrés par rapport au tube du microscope afin de surveiller la position verticale du rétrécissement. Positionnez la microsphère à l’aide de son étage de translation et des retours d’information provenant du tube du microscope.

L'objectif est de placer l'équateur de la microsphère en contact avec le rétrécissement. Une fois cette étape réalisée, allumez le laser à onde continue et surveillez le spectre de transmission sur un oscilloscope. Réglez le laser jusqu'à ce que des dips en forme de courbe lorentzienne, dus aux résonances, apparaissent dans le spectre.

Mesurez les largeurs des lignes de résonance et calculez le facteur de qualité. Poursuivez l'expérience en étudiant l'efficacité de couplage en fonction de l'écart entre le rétrécissement de la fibre et la sphère. Le couplage par fibre est essentiel afin de trouver une bonne résonance permettant d'exciter des effets non linéaires.

Une bonne résonance est étroite et présente un fort contraste à faible puissance. Préparez le dispositif afin de réaliser la diffusion Raman stimulée. La lumière provenant d'un laser à diode accordable fonctionnant à 15 015 nanomètres pénètre dans la fibre effilée.

Après le laser, un amplificateur à fibre dopée à l'erbium permet d'augmenter la puissance laser afin d'atteindre l'effet non linéaire. Ensuite, un atténuateur est placé, suivi d'un polariseur en fibre en ligne. La lumière traverse ensuite le rétrécissement (taper), qui est couplé à une microsphère.

Après le passage par la microsphère, un coupleur de 3 décibels-milliwatts est utilisé. Une sortie du coupleur est dirigée vers un analyseur de spectre optique. L'autre sortie est dirigée vers un photodétecteur relié à un oscilloscope.

Réglez le laser des hautes vers les basses fréquences afin d'obtenir un verrouillage thermique automatique. Sur l'oscilloscope, observez une résonance dont la dérive thermique est comparable à la vitesse de balayage en longueur d'onde. La résonance s'élargira lorsque le verrouillage thermique automatique sera atteint.

Vérifiez la puissance de sortie transmise dans l'analyseur de spectre optique. Réglez l'atténuateur pour augmenter la pu游戏副本 jusqu'à l'apparition de la raie laser Raman. La raie laser Raman est décalée d'environ 13,5 térahertz par rapport à la longueur d'onde de pompe.

Ceci est une mesure effectuée sur une microsphère de 50 micromètres de diamètre pompée à environ 1 547 nanomètres. De chaque côté de la longueur d'onde de pompe, on observe deux lignes de mélange à quatre ondes situées à environ 13 nanomètres. Deux lignes de diffusion Raman stimulée se trouvent à environ 1 610 et 1 710 nanomètres.

Les mesures effectuées sur une sphère de 98 nanomètres ont produit des résultats similaires. Dans ce cas, le pic de pompe se situe à 1 551 nanomètres. La ligne de diffusion Raman stimulée est centrée à 1 646 nanomètres.

La ligne de diffusion Raman anti-Stokes stimulée est centrée à environ 1 452 nanomètres. Les lignes symétriques proches de la ligne anti-Stokes stimulée proviennent d'un mélange dégénéré à quatre ondes. Un cône Raman est centré à 1 666 nanomètres.

Ce spectre provenant d'une microsphère de 40 micromètres de diamètre fournit une preuve d'un renforcement stimulé de l'antistokes lorsque sa fréquence est en résonance avec le mode de la cavité et en concordance de phase avec le signal de pompe et celui de l'antistokes stimulé. La fréquence de pompe est de 1 540 nanomètres, la ligne stokes se situe à 1 630 nanomètres et la ligne antistokes à 1 460 nanomètres. Ce spectre provenant d'une microsphère de 65 micromètres présente un rapport de diffusion antistokes stimulé sur stokes stimulé proche de un.

La fréquence de pompe est centrée à 1 572 nanomètres, la raie Stokes à 1 640 nanomètres, la raie anti-Stokes à 1 490 nanomètres. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication de microsphères en silice à haut facteur de qualité (Q), du traçage d'un affaiblisseur de fibre et du couplage efficace de la lumière dans un microrésonateur afin d'étudier les interactions fondamentales entre la lumière et la matière. Les microsphères en silice constituent des plateformes photoniques jouant un rôle extrêmement important dans l'optique moderne.

Ils peuvent être utilisés pour la conversion de fréquence non linéaire en onde continue en raison de leur capacité à confiner la lumière pendant de longues durées dans des volumes très réduits. Les technologies de microrésonateurs qui ont été démontrées pourraient également être efficacement exploitées pour la détection biologique. Notre équipe obtient d'excellents résultats dans ce domaine.