Microonde Photonics sistemi basati su risonatori-galleria-mode Whispering

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di generare pettini di frequenza ottici utilizzando la modalità Whispering Gallery, risonatori a disco per applicazioni di fotonica a microonde. Il primo passo è quello di levigare e lucidare il bordo di un disco cristallino fino a quando la scala della sua rugosità superficiale è sub nanometrica. Il secondo passo consiste nel misurare questa rugosità superficiale utilizzando il microscopio interferometrico AAU.

Successivamente, una fibra ottica monomodale viene disegnata mentre viene riscaldata con la fiamma ossidrica per ottenere una fibra affusolata con diametro della scala micrometrica. Il passaggio finale consiste nell'utilizzare il cono per accoppiare la luce laser nel risonatore a disco e per eccitare una modalità galleria sussurrata il cui percorso di luce di andata e ritorno corrisponde a un numero intero di riflessioni interne totali. In definitiva, la potenza della pompa viene aumentata e altre modalità della galleria sussurrata vengono eccitate grazie alla non linearità della cura.

Questo porta a brevi impulsi nel dominio temporale e a un pettine di frequenza nel dominio della frequenza. Il test nell'utilizzo di un disco cristallizzato lucidato meccanicamente è che è possibile ottenere una qualità superficiale molto elevata con un piccolo assorbimento interno. La superficie può essere accuratamente utilizzando un profilometro ottico personalizzato e il relativo fattore C utilizza i metodi cavi per lanciare la luce negli originatori del disco.

Utilizziamo fibre tipo fabbricate nel nostro laboratorio. A differenza di altri metodi. Le fibre di tipo forniscono l'altissima efficienza di accoppiamento necessaria per innescare effetti non lineari.

A bassa potenza della pompa, la non linearità della cura induce nuove frequenze come potenza laser sufficientemente elevata che porta a una colonna di frequenza ottica. Per le frequenze correlate alla fase, è possibile generare microonde affidabili, che utilizziamo per applicazioni photonix. Il primo passo di questo protocollo è quello di produrre un risonatore.

Inizia con il fluoruro di magnesio cristallino della finestra ottica o il fluoruro di calcio. Qui viene utilizzato un disco di fluoruro di calcio di sei millimetri di diametro. Il cristallo verrà modellato e lucidato su una torre di lucidatura come quella realizzata su misura per questo esperimento.

I campioni in questa torre di lucidatura sono attaccati a un'asta che è tenuta dalla colla del motore del mandrino, l'estremità dell'asta al centro della finestra ottica cristallina, montare l'asta nel motore del mandrino. Quindi, coprire una guida metallica a forma di V con un tampone di supporto per lucidatura adatto al cristallo utilizzato. Prendi una miscela preparata di una polvere abrasiva, come diamante o carburo di silicio con una granulometria di 10 micron e acqua e versala sul tampone nella guida.

Avviare la rotazione del cristallo a circa 5.000 giri/min e spostare la guida verso il cristallo rotante per iniziare a macinarlo a 20 grammi. Pressione Continuare a macinare fino a quando il cristallo ha una forma convessa come in questa immagine generata al computer. Questo può richiedere dalle due alle quattro ore a seconda del materiale.

Dopo aver modellato il cristallo, il passaggio successivo è l'ulteriore levigatura e lucidatura. Utilizzando particelle abrasive progressivamente più piccole mescolate con acqua nella guida, l'intero processo richiede da quattro a otto ore. Man mano che la levigatura e la lucidatura procedono, è importante ottenere un feedback sullo stato della superficie.

Inizialmente, quando il cristallo è opaco, utilizzare un microscopio ottico per l'ispezione visiva. La superficie deve rimanere priva di difetti con rugosità sulla scala della granulometria dell'abrasivo. Successivamente, dopo aver lucidato con successo con particelle da un micron, il cristallo diventa trasparente e la lucidatura ottica è stata raggiunta nelle fasi successive con abrasivi più piccoli, sono necessarie misure interferometriche per caratterizzare la superficie.

Utilizzare un microscopio dotato dell'obiettivo interferometro morale per studiare qualitativamente le variazioni di altezza della superficie attraverso i modelli di interferenza osservati nell'obiettivo morale. Metà della luce incidente è diretta verso la superficie del disco, mentre l'altra metà è riflessa da uno specchio. La luce riflessa dal disco e la luce proveniente dallo specchio producono un modello di interferenza che viene utilizzato per caratterizzare la superficie del disco.

Questa immagine interferometrica proviene da una superficie che è stata lucidata con polvere da un micron. Mostra variazioni di altezza significative. Questa immagine proviene da una superficie che è stata lucidata con polvere a 100 nanometri.

Indica una superficie molto più liscia. Per una caratterizzazione più dettagliata, utilizzare una misurazione controllata da computer delle variazioni di altezza della superficie in una piccola area. Questa immagine è stata completata in circa un'ora e copre circa 0,25 millimetri quadrati.

La levigatura e la lucidatura dovrebbero continuare fino a quando i dati interferometrici suggeriscono che la superficie è il più liscia possibile. Per accoppiare la luce al disco. Un cono viene disegnato in una fibra ottica.

Quando la conicità viene disegnata, il diametro della fibra nella conicità si riduce da 125 micron a un micron. Le modalità di ordine superiore vengono progressivamente eccitate e interferiscono l'una con l'altra. Viene raggiunto un punto critico.

Quando queste modalità di ordine superiore vengono espulse, solo una modalità rimane guidata e il suo campo evanescente può essere utilizzato per accoppiare la luce nel disco per creare la fibra ottica per l'accoppiamento al risonatore. Inizia con circa un metro di fibra di silice monomodale. Unire la fibra nuda ai connettori FC su ciascun lato.

Spelare circa cinque centimetri di rivestimento in plastica e polimero dalla sezione centrale di una fibra di silice monomodale. Quindi collegare un'estremità della fibra a una sorgente laser a infrarossi a onda continua e l'altra a un fotodiodo. Ciò consente il monitoraggio della fibra.

Quindi, fissare una parte rivestita su entrambi i lati della regione spelata della fibra a un motore ad alta risoluzione controllato da computer. I motori devono essere controllati da computer e configurati per tirare le estremità in direzioni opposte a un'accelerazione costante. Ora, scalda la parte non rivestita della fibra con una fiamma ossidrica per circa un minuto.

Le fiamme devono essere delicate per evitare di danneggiare il cono in evoluzione. Dopo un minuto, mentre si continua ad applicare una fiamma, utilizzare un'interfaccia computerizzata dei motori per avviare ciascuno di essi in movimento con un'accelerazione costante di circa cinque micron per quadrato. In secondo luogo, una volta iniziata l'estrazione, monitorare la trasmissione del cono utilizzando la sorgente laser e il fotodiodo.

I modelli di interferenza IOD appariranno durante il processo, aumenteranno di frequenza e poi scompariranno per un diametro di scarto vicino a un micron. A questo punto, fermare immediatamente sia il moto del motore che la fiamma per accoppiare la luce al risonatore e misurare i modi di agan della cavità. Il risonatore e il cono delle fibre devono essere avvicinati l'uno all'altro al microscopio.

Fissare il risonatore su uno stadio di traslazione controllato PAO a tre assi in prossimità del cono della fibra mentre si utilizza il microscopio per monitorare la posizione relativa del risonatore e del cono della fibra. Spostare il risonatore a una distanza inferiore a un micron dal cono. Utilizzare uno specchio per facilitare il posizionamento verticale e l'angolo di inclinazione per testare l'accoppiamento della fibra e del risonatore.

Collegare la fibra conica a un diodo laser visibile. Quando l'accoppiamento è efficiente, il risonatore deve essere illuminato. Una volta ottenuto un accoppiamento efficiente, sostituire il diodo laser visibile con un laser senza hop di modalità che si sia allineato con un livello più stretto di quello della risonanza.

L'altra estremità del cono deve essere immessa in un fotodiodo collegato a un oscilloscopio. Quando la luce si trova all'interno della cavità, la sua intensità diminuisce esponenzialmente con il tempo. Il tempo di decadimento caratteristico è chiamato tempo di vita del fotone.

Una misura importante della capacità di immagazzinamento dell'energia del risonatore è il fattore di qualità definito come il prodotto della durata del fotone e della frequenza angolare del fotone. Una misurazione accurata del fattore di qualità può essere effettuata con l'esperimento dell'anello della cavità per eseguirlo. Spazzare il laser in ingresso attraverso lunghezze d'onda abbastanza velocemente da causare interferenze tra la luce risonante che decade nella camera e la luce desintonizzata da un tempo successivo.

Quindi regolare con precisione la posizione del risonatore e della rastremazione per massimizzare il fattore di qualità dell'accoppiamento. Utilizzando la traccia dell'oscilloscopio come guida, il fattore di qualità viene trovato adattando la curva misurata. Gli effetti non lineari possono essere visti inserendo un amplificatore ottico tra il laser sintonizzabile e il risonatore.

Utilizzando la traccia dell'oscilloscopio a fotodiodo per il feedback, sintonizzare il laser su una lunghezza d'onda di ingresso vicina alla risonanza. A questo punto, collegare la fibra di uscita ad un analizzatore di spettro ottico ad alta risoluzione. Aumentare la potenza di ingresso del laser desintonizzando leggermente la lunghezza d'onda della pompa.

Appariranno nuove frequenze su ciascun lato del picco della pompa. Questo è un pettine ottico di frequenza per la cura. In questo grafico della trasmissione in funzione del tempo, la traccia in blu è stata trovata utilizzando la tecnica dell'anello a cavità su un risonatore a galleria di sussurro fabbricato con fluoruro di calcio.

Con i metodi di questo protocollo, la curva rossa è la curva adattata da cui è possibile determinare un fattore di qualità intrinseco di 1,5 volte 10 al nono. Questi dati mostrano il pettine di frequenza ottica di cura ottenuto per un risonatore in modalità galleria sussurrante. La frequenza centrale è quella del laser in ingresso, circa 193,3 terahertz.

Le altre linee spettrali sono create dalle interazioni non lineari nel risonatore. La frequenza tra ciascuna linea spettrale è di sei gigahertz corrispondente alla gamma spettrale libera del risonatore. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione su come fabbricare la modalità galleria sussurrante ultra HighQ, i risonatori, come accoppiarli alla pompa laser utilizzando una fibra conica e come generare un comp di frequenza ottica.

Questi metodi consentono di studiare le interazioni fondamentali tra luce e materia indotte da campi laser fortemente confinati in mezzi non lineari, un'esplorazione di un'ampia varietà di applicazioni tecnologiche. Non dimenticare di prendere precauzioni come maschere, colle e occhiali di sicurezza laser certificati durante l'esecuzione di questa procedura.