Name: ウィスパリングギャラリーモード共振器に基づいたマイクロ波フォトニクスシステム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-05T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 18 s
Description: 学ぶウィスパリングギャラリーモード共振器を用いたマイクロ波フォトニクスシステムの構築手法。結晶ディスクの研磨・表面粗さ測定、テーパー光ファイバーによる光結合、光周波数コーム生成のプロトコルを解説。高Q値共振器の作製と非線形光学効果の応用に関する知見を提供する。

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YCKは、プロジェクトNextPhase（ERC STG 278616）を通じて欧州研究評議会からの財政支援を認めるものです。 ANRプロジェクトORA（BLAN 031202）から、、と：著者はまた、プロジェクトSHYRO（10076201アクションR＆T R-S10/LN-0001-004/DA）を通じて国立宇宙研究センター （CNES、フランス）からの支援を認める地域デフランシュコンテ 、フランスから。

作られる最初のもので、ウィスパリングギャラリーモード共振器：プロトコルは、5つの主要な段階で構成されています。共振器の研磨の進行を制御するために、表面状態の測定が行われる。第三段階では、共振器内の光を起動するツールを製作。これら二つの主要なツールは、製造されていたら、我々は光学高Q共振を視覚化するためにそれらを使用しています。最後に、共振器が非線形ファッションやカー櫛に動作が生成される、ハイパワー入力レーザービームを使用した。 1。共振器を研磨この段階では、共振器の結晶光学窓（のMgF 2または光学部品の小売店から容易に入手できるのCaF 2）形と研磨する。この研磨手順は、高品質のWGM共振器に変換する。カスタマイズされた研磨塔は、 スキーム1に示されている。 <ol><li>上の接着剤の結晶光学窓を空気軸受スピンドルモータによって保持することができるスティック。 </li><li>コー​​ト適切な研磨支持組織とV字状の金属製のガイドを、水と混合さ10μmの砥粒粉末（酸化アルミニウム、ダイヤモンド又は炭化ケイ素）注ぐ。回転するディスク（約5,000 rpmで、20グラムの圧力）には、このガイドに接近し、それを粉砕し始める。材料および紡糸速度に応じて、このプロセスは2時間石（CaF 2）から4時間（のMgF 2）に続くことができる。この研磨工程では、共振器にその両凸形状を与える。このステップの最後でディスクをスキーム2に示す形状を有するべきである。 </li><li>次のステップは、一般的に&quot;研削·研磨&quot;手順24と呼ばれる。それは一般的に、最終的に大きさが10μm、3μmと、1μm以下、250nmで、100nmの研磨粒子と前のステップを繰り返すことで構成されています。支持組織は、より小さい粒はあまり堅くされ、各粒子サイズに適合させるべきである。傷を避けるためにとストライプ、ガイドの水平方向の翻訳が実行できます。連続研削、研磨の各ステップでは、表面の状態が改善されるべきである。 </li></ol> 2。表面の状態を制御する<ol><li>光学顕微鏡下で視覚制御、表面状態制御のための最初のステップです：ディスクが最初の段階で光に不透明であるが、成功した1μmの粒子研磨後、ディスクが透明になり、その側面は光を反射：そういわゆる光学研磨に達したと共振器のQ値は10 5であるべき- 10 6の範囲である。 </li><li>小さい研磨剤については、眼も標準顕微鏡を用いて、表面の状態を評価することができない。この時点で、表面状態の干渉計測定が必要である。ミラウ干渉計対物レンズと、白色光源を搭載した顕微鏡を使用してください。共振器の画像は、Wiを妨害従って、すなわち波長、数ナノメートルの画分の分解能で各点で独立して白色光位相シフト処理ツールによって表面高さを明らかに目基準面を、。この測定は、ディスク25の曲率を評価するために用いることができる。 </li><li>試料と対物レンズとの間の長さを変更することにより、共振器の反射光位相を決定し、表面の高さばらつきを算出する。これは、専用のコンピュータに自動化することができるおかげで、表面の高さマップは、サンプルの粗さの測定を可能に作成される。 図1で説明したように表面粗さを監視し、干渉縞が可能であるときに滑らかな研削研磨手順を停止する。 </li></ol> 3。テーパーを描く共振器内の光を結合するために、非常に小型の光ファイバが必要とされている：その直径が3μm程度であるべき（人間の髪の毛よりも約20倍小さい）。 <ol><li>約5センチメートルの長さにそのプラスチックとポリマーコーティングオフ標準単一モードシリカファイバ（SMF）を取り除きます。監視目的のために、ファイバは、その入力し、その出力でフォトダイオードでレーザ源に接続されるべきである。 </li><li> 2コンピュータ制御の高分解能モーターに繊維のコーティングされていないセクションの各サイズを修正。モータのコンピュータインターフェースを使用して、繊維の各側が引き離されるように、常に加速度運動と一緒に移動するように設定。 </li><li>ストレッチングを開始する前に、約1分間トーチランプを持つ2つの固定点間のコーティングされていない繊維を加熱する。炎は、それが非常に小さくなったら離れてテーパーを爆破しないようにするために、穏やかでなければなりません。 </li><li>モーターの動きを開始し、その結果、繊維の伸縮。描画が開始されると、一つのレーザ光源とフォトダイオードを用いたテーパーの送信を監視することができる。干渉パターンは、意志プロセス中に表示され、その頻度が増加し、そして、最終的に、彼らは、1μm付近ウエスト径のために消えます。この段階では、モータ及び火炎を同時に停止されるべきである。 </li></ol> 4。 WGM共振器における結合ライトこの段階では、テーパが共振器内の光を結合するために使用され、 図2に示されている空洞の高Q固有モードを観察する。 <ol><li> 3軸ピエゾ制御の移動ステージ上で共振を修正。 1μm未満の距離でファイバテーパーにアプローチ。テーパファイバ共振器の相対位置は、顕微鏡のおかげで監視され、ミラーが垂直位置と傾斜角度を制御するために使用される。 </li><li>可視レーザダイオードにテーパファイバを接続結合が効率的である場合、図3に示すように、共振器は、照明されるべきである。 </li><li>ファイバーテーパーに接続し一端に狭い線幅（共鳴の線幅よりも狭い）、そしてもう一方の端のオシロスコープに接続するフォトダイオードとのモードホップフリーのレーザー。共振器の透過特性は、入力波長を走査することによって得ることができる。モードとその線幅（半値全幅）の共振周波数との比を計算することによって、得られた透過スペクトルを用いて共振器のQ値を評価する。 </li><li>より正確な測定は、掃引波長が共振器内で減衰共振光とそれに続く時にデチューン光間の干渉を得るのに十分な速さです&quot;キャビティリングダウン&quot;実験26を用いて行われる。一つは、テーパーの位置決めと結合Q値を向上させ、 図4に示す典型的なパターンを得るために共振器を微調整することができる。関連するフィット曲線は共振器の品質係数を与えます。 </li></OL&gt; 5。くしの生成この最後の段階では、高電力ポンプ·レーザは、共振器の非線形効果を励起する。 <ol><li>波長可変レーザと共振器の間に光増幅器を挿入します。 </li><li>入力波長が共振隣になるように、フォトダイオードとオシロスコープのおかげで、微調整レーザー光源。 </li><li>高分解能光学スペクトル分析器に出力ファイバを接続し、わずかにポンプ波長を離調しながら入力電力を増加させる。新しい周波数はポンプピークの両側に表示されます：これはカー光周波数コムです。 </li><li>フォトダイオードに切り替え、我々は、作成され、異なるスペクトルモード間暴行を観察することができます。マイクロ波バンドパスフィルタを使用して、1つは非常に低ノイズで、この電気信号の純粋な周波数を分離することができます。 </li></ol>

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</ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

このプロトコルは、それらに光を結合し、高Q光共振器を生産することができ、様々なマイクロ波フォトニクスアプリケーション用の非線形現象を誘発する。 粗研削の最初のステップは、共振器にその形状を与える必要があります。 10μmの砥粒粉と粉砕時間後、共振器のリムの片側が（ スキーム2参照）便利な形でなければなりません。次のステップでは、共振器の表面を滑らかにし、1μmの直径研磨剤粉末の段階に達したときに、その表面には、透明であるべきである。これは、光ポリッシュと呼ばれています。しかし、これは、高い品質係数と余分な工程がナノメートルスケールの粗さが良好な表面品質を達成するために、より小さい研磨材粒が必要とされている取得するのに十分ではない。私たちは、Qは 、表面散乱誘起損失につながる表面の凹凸を測定するために、白色光干渉計プロフィルを使用することにより、下</em&gt;の要因のパフォーマンス。このステップは、研磨の品質を評価するための重要な実験的なテストです。 図1は、プロセスの2つの異...

ウィスパリングギャラリーモード共振器は、マイクロまたはミリ半径1,2,3,4のディスクや球である。共振器（ナノサイズの表面粗さ）は、ほぼ完璧な形であることが設けられ、レーザ光は、通常、ウィスパリングギャラリーモード（WGMs）と呼ばれ、その固有モード内で全内部反射によって捕捉することができる。 10 11から5非常に高くなることがありますQ、その品質係数ながら自由スペクトル範囲（またはインターモーダル周波数）10 7に至るまで、共振器の半径に応じてGHz帯からテラヘルツに変えることができます。フィルタリング、増幅、時間遅延させる、 など ：備蓄の独自のプロパティに光を減速により、WGM光共振器は、多くの光信号処理タスク3を実行するために使用されている。製造技術の継続的な改善により、彼らの前例のない品質係数は、計測またはクオンツでもより厳しいアプリケーションに適して作るUMベースのアプリケーション6-13。 これらの超高Q共振器では、閉じ込めの小さい容積、高い光子密度、長い光子寿命は（Qに比例）、カーのように、様々な非線形効果を通してさまざまなWGMsを励起することが非常に強い光と物質の相互作用を誘発例14-19のためのラマン、またはブリルアン。ギャラリーモード共振器をささやくの非線形現象を使用すると、超高純度のマイクロ波と光波の生成のための有望なパラダイムシフトとして提案された。このトピックでは、基本的な科学技術の多くの分野と交差するという事実は、専門分野の広い範囲で、非常に強力な潜在的な影響の明確な指標である。具体的には、航空宇宙、通信工学技術は汎用性が、電子レンジと非常に優れた一貫性と光波信号の必要性に現在ある。 WGM技術は、既存または将来の他の方法に勝るいくつかの利点を有する：概念的な単純さ、時間igher堅牢性、小さい消費電力、長寿命、干渉に対する耐性、非常にコンパクトなボリューム、周波数の汎用性、容易なチップの統合だけでなく、電子レンジ、光波技術の両方のための標準的なフォトニック部品の主流に統合するための強力な可能性。 航空宇宙工学において、水晶振動子は、ナビゲーションシステム（飛行機、衛星、宇宙船など ）と検出系（レーダー、センサーなど ）の両方の主要なマイクロ波源として圧倒的である。しかし、全会一致で水晶振動子の周波数安定性能は、その階に到達していることを今日認識され、大幅にもう改善されません。同じ線に沿って、その頻度の汎用性が限られており、ほとんどは40GHzを超え、超安定したマイクロ波発生を可能にしません。マイクロ波フォトニック発振器は、これらの制限を克服することが期待される。一方、通信工学、マイクロ波光子IC発振器はまた、彼らは前例のない効率で光波/マイクロ波変換を実行することになり、光通信ネットワークにおいて重要なコンポーネントであると予想される。彼らは大規模な操作を必要とせず、また超高速処理を可能にする光波技術のコンパクトなフル光学部品の継続傾向、[アップ/ダウンコンバージョン、（デ）変調、増幅、多重化、ミキシングなど ]と互換性があります（その後、遅く）電子。光子は非線形メディアを経由して、光子を制御するコンパクトフォトニック回路のこの概念は、制限された光電子処理速度に対する事実上無制限の光帯域幅から発信ボトルネックを回避することを目指しています。光通信システムはまた、非常にクロッキング（低位相雑音が時間ジッタが低いと等価）と帯域幅（ビットレートクロック周波数に比例して増加）両方の要件を満たすために、超低位相雑音マイクロ波に対して要求している。実際には、高速でCOMMUNicationネットワークは、このような超安定発振器はいくつかの目的（アップ/ダウン周波数変換、ネットワークの同期、キャリア合成等の局部発振器）のための基本的な参照です。 WGM共振器における非線形現象はまた、ラマンおよびブリルアンレーザーなどの他のアプリケーションのための研究の新たな地平を開く。より一般的には、これらの現象は、光共振器と導波路における非線形現象の広い視野内にマージされ、それは結晶シリコンフォトニクスのために有益なパラダイムであることができる。トーラスのようWGMsに光子の強い閉じ込めと非常に長い寿命も凝縮物質や量子物理学の根本的な問題を調査するための優れたテストベンチを提供しています。電磁信号で、これまで増加した精度のレースも相対性理論（ローレンツ不変性のテスト）、または基本的な物理定数の測定に関連して、物理学の典型的な質問に答えるために貢献ND時間とともにそれらの可能なバリエーション。 この記事では、結晶光学ウィスパリングギャラリーモード（WGM）共振器を得るために必要な様々なステップが記載されており、それらの特性評価について説明する。また、提示され、これらの共振器に結合レーザー光に必要な高品質テーパー繊維を得るためのプロトコルです。最後に、マイクロ波フォトニクス、カー櫛を使用して、すなわち、超安定したマイクロ波発生の分野でこれらの共振器の主力アプリケーションを提示し、議論されています。 最初のセクションでは、詳細プロトコルは、超高Q共振器WGMを得るために行った。我々の手法は、このようなレンズや望遠鏡のミラーなどの光学部品の研磨に使用される標準的な技術に彷彿とさせるグラインドと磨くアプローチに依存しています。第二セクションは、表面粗さの特性評価に専念しています。私たちは、表面を測定する非接触の白色光干渉プロフィルを使用するR散乱損失を誘起し、それによって表面Qファクタ性能を低下につながるoughness。このステップは、研磨の品質を評価するための重要な実験的試験である。第三節は、共振器内の光を送出するために、製造にマイクロメートルの範囲の直径を持つテーパーシリカ繊維を懸念している。このような小さな直径に到達するために、我々は離れて繊維を引っ張ると同時に、コンピュータ制御されたモータを使用して、 &quot;難ブラッシング&quot;技法、および20テーパ状にファイバ領域を加熱するトーチを採用する。 4番目のセクションでは、共振器とテーパファイバは、波長走査レーザを用いたささやきの回廊モードの共鳴信号を可視化するために互いに接近している。私たちは、等距離スペクトル線で作られたスペクトルと、共振器内の光パワーを増加させることにより、我々はカー光周波数コムの形成を観察するまで、非線形現象をトリガーするために管理する方法、第五節で示す。 eと上記mphasized、これらのカー櫛スペクトルは、科学技術21-23の両方でいくつかのアプリケーションに適しています非常に優れた特性を持っています。我々は、そのモーダル周波数の超安定した波である光多波長信号を示すことによってWGM共振器の最も注目すべきアプリケーションのいずれかを検討していきます。

<table><tbody><tr><td>ステップモーター 50mmコース</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3軸ナノステージ</td><td>Physik Instrumente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TUNICS 波長可変レーザー光源</td><td>イェニスタ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>光スペクトラムアナライザー APEX</td><td>APEX Technologies</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ウィスパリングギャラリーモード共振器に基づいたマイクロ波フォトニクスシステム

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

マイクロ波フォトニクスシステムは、マイクロ波と光信号間の相互作用に根本的に依存しています。これらのシステムは、非常に、航空宇宙および通信工学、センシング、計測、非線形フォトニクス、量子光学などの技術と応用科学の様々な分野、のために有望である。本稿では、超高Qささやきギャラリーモード共振器に基づいて、マイクロ波フォトニクスシステムを構築するために私たちの研究室で使用される主要な手法を提示する。この記事の最初の詳細な近いようなレンズや望遠鏡のミラーなどの光学部品の研磨に使用されるものにグラインドアンド磨く技術に基づいている共振器を研磨するためのプロトコルです。研磨の品質を特徴付ける重要なパラメータであり、その後、白色光干渉プロフィルを測定する表面粗。共振器内の光を送出するために、マイクロメートルの範囲の直径を有するテーパ状シリカ繊維が使用される。このような小さな直径に到達するS、我々は離れて繊維を引っ張って同時にコンピュータ制御モーターを使用して、 &quot;難ブラッシング&quot;技術と、テーパ状に繊維の領域を加熱するトーチを採用。共振器およびテーパファイバは、後述波長スキャンレーザーを用いたささやきの回廊モードの共鳴信号を可視化するために互いに接近している。カー光周波数コムの形成は、等距離スペクトル線からなるスペクトルが観察されるまで共振器内の光パワーを増加させることにより、非線形現象がトリガされる。これらのカー櫛スペクトルは、科学技術のいくつかのアプリケーションに適しています非常に優れた特性を持っています。私たちは、超安定マイクロ波周波数合成に関連するアプリケーションを検討し、GHzのインターモーダル周波数を持つカー櫛の生成を実証する。

この5つのステッププロトコルは、マイクロ波フォトニックアプリケーションのための非常に高い品質因子とWGM共振器を得ることができる。 スキーム2に表されるように、最初のステップでは、共振器に所望の形状を与えることを目指しています。ここでの主な困難は、機械的な観点からの構造的脆弱性を招くことなく、その縁が強く閉じ込められた光子を閉じ込めることができるように十分にシャープであるディスクを製造することです。それは大きさや形状、バルク材料の広いばらつきと研削ディスクができますので、この研磨タワーも著しい多様性を持っています。 それは、図1に見られるように、研磨工程の最後に、ナノメートルスケールの表面粗さ（二乗平均平方根）、達成された。この非常に小さな表面粗さは、 図4のキャビティリングダウン測定によって表示されているように、10 9〜優れた品質係数に関連付けられる。 <p class="jove_cont...

超高Qささやきギャラリーモード共振器に基づいて、マイクロ波フォトニクスシステムを構築するために私たちの研究室で開発されたカスタマイズされた技術が提示される。これらの共振器を取得し、特徴付けるためのプロトコルが詳述されており、マイクロ波フォトニクスでのアプリケーションのいくつかの説明が与えられている。

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

本手順の全体的な目的は、マイクロ波フォトニクスへの応用に向けて、ウィスパリングギャラリーモード（WGM）ディスク共振器を用いて光周波数コムを生成することです。最初のステップでは、結晶ディスクの縁を、表面粗さのスケールがサブナノメートルになるまで研磨およびポリッシングします。2番目のステップでは、AAU干渉顕微鏡を用いてこの表面粗さを測定します。次に、バーナーで加熱しながらシングルモード光ファイバーを引き伸ばし、マイクロメートルスケールの直径を持つテーパーファイバーを作製します。最終ステップとして、このテーパーを用いてディスク共振器にレーザー光を結合させ、光の周回経路が全反射の整数回数に相当するウィスパリングギャラリーモードを励起します。最終的に、ポンプ出力を増加させることで、カー非線形性を介して他のウィスパリングギャラリーモードを励起させます。これにより、時間領域では短パルスが、周波数領域では周波数コムが生成されます。機械研磨された結晶ディスク共振器を用いる試験の利点は、低い内部吸収とともに、非常に高い表面品質を実現できることです。表面粗さは専用の光学的プロフィロメーターを用いて正確に測定でき、関連するC係数は、ディスク共振器に光を導入するための空洞法を用いて算出されます。当研究室で作製したテーパーファイバを使用します。他の手法とは異なり、テーパーファイバは非線形効果を誘起するために必要な非常に高い結合効率を実現します。ポンプ光の低出力では、カー非線形性により、レーザー出力が十分に高くなると新たな周波数が誘起され、光学周波数コムが形成されます。位相相関のある周波数からは、フォトニクスアプリケーションに利用可能な信頼性の高いマイクロ波を生成できます。本プロトコルの最初のステップは、共振器を作製することです。光学ウィンドウ用の結晶フッ化マグネシウムまたはフッ化カルシウムを用意します。ここでは、直径6mmのフッ化カルシウムディスクを使用します。結晶は、本実験のために特注されたこのような研磨タワーを用いて成形および研磨を行います。この研磨タワーのサンプルは、スピンドルモーターの接着剤で固定されたロッドに取り付けられています。ロッドの端を結晶光学窓の中心に合わせ、ロッドをスピンドルモーターに取り付けます。次に、使用する結晶に適した研磨サポートパッドでV字型の金属製ガイドを覆います。粒径10 micronsのダイヤモンドや炭化ケイ素などの研磨粉末と水の調製済み混合液を用意し、ガイド内のパッドの上に注ぎます。結晶の回転を約 5,000 RPM で開始し、ガイドを回転している結晶に向けて移動させ、20 grams の圧力で研磨を開始します。このコンピューター生成画像に示すような凸形状になるまで研磨を続けます。これには、材料によって 2 時間から 4 時間かかる場合があります。結晶を成形した後、次のステップはさらなる研削と研磨です。ガイド内で水と混合した、徐々に粒径の小さい研磨材を用いることで、全工程に4〜8時間かかります。研削と研磨が進むにつれて、表面の状態についてフィードバックを得ることが重要です。最初は、結晶が不透明なため、光学顕微鏡を用いて外観検査を行います。表面は欠陥がなく、粗さは研磨剤の粒子径と同程度である必要があります。その後、1 µmの粒子で研磨し、結晶が透明になり、さらに小さい研磨剤を用いた後の段階で光学研磨の状態に達すると、表面を評価するために干渉計による測定が必要になります。モアレ干渉対物レンズを搭載した顕微鏡を使用し、モアレ対物レンズで観察される干渉パターンを通じて、表面の高さの変動を定性的に調べます。入射光の半分はディスクの表面に向けられ、もう半分はミラーによって反射されます。ディスクで反射した光とミラーからの光が干渉パターンを形成し、これを用いてディスク表面の特性評価を行います。この干渉計画像は、1 µmの研磨剤で研磨した表面のものです。顕著な高さの変動が見られます。こちらの画像は、100 nmの研磨剤で研磨した表面のものです。これは、表面が格段に平滑であることを示しています。より詳細な特性評価を行うには、狭い領域における表面の高さ変動をコンピュータ制御で測定してください。この画像は約1時間で作成され、約0.25 square millimetersの範囲をカバーしています。干渉法によるデータで表面が可能な限り平滑であると示されるまで、研削および研磨を継続します。ディスクに光を結合させるため、光ファイバーにテーパーを作成します。テーパーが延伸されると、テーパー部のファイバ径は125 µmから1 µmまで減少します。これにより高次モードが次第に励起され、互いに干渉し合います。そして、臨界点に達します。これらの高次モードが放出されると、単一のモードのみが導波され、そのエバネッセント場を利用してディスクに光を結合させることができ、共振器への結合用光ファイバーを作成できます。約1mのシングルモードシリカファイバーを用意します。被覆を除去したファイバーの両端にFCコネクタを融着させます。シングルモードシリカファイバーの中央部分から、プラスチックおよびポリマーコーティングを約5cm剥離します。次に、ファイバーの一端を連続波近赤外レーザー光源に接続し、もう一端をフォトダイオードに接続します。これにより、ファイバーの状態をモニタリングすることが可能になります。次に、ファイバーのストリッピング領域の両側の被覆部分を、コンピュータ制御の高分解能モーターに固定します。モーターはコンピュータで制御し、両端を一定の加速度で反対方向に引っ張るように設定してください。ここで、ファイバーの被覆されていない部分をガスバーナーで約1分間加熱します。形成されるテーパーを損傷させないよう、炎は弱く当ててください。炎を当てながら1分後、モーターのコンピューターインターフェースを使用して、各モーターを約5 µm/s²の一定加速度で動作させ始めます。次に、引き出しが開始されたら、レーザー光源とフォトダイオードを用いてテーパーの透過率をモニタリングします。プロセス中にIOD干渉縞が現れ、その周波数が上昇した後、ウェスト径が1 µm付近になると消失します。この時点で、直ちにモーターの動作とフレームの両方を停止させ、共振器に光を結合させてキャビティのアガンのモードを測定してください。共振器とファイバーテーパーは、顕微鏡下で互いに近づける必要があります。顕微鏡を用いてレゾネーターとファイバテーパーの相対位置をモニターしながら、レゾネーターをファイバテーパーの近傍にある3軸PAO制御トランスレーションステージに固定します。レゾネーターをテーパーから1 µm未満の距離まで移動させます。ミラーを使用して垂直方向の位置合わせと傾斜角の調整を行い、ファイバとレゾネーターの結合をテストします。テーパーファイバーを可視光レーザーダイオードに接続します。結合が効率的に行われると、共振器が照らされます。効率的な結合が達成されたら、可視光レーザーダイオードを、共鳴幅よりも狭い線幅を持つモードホップフリーレーザーに交換します。テーパーのもう一方の端を、オシロスコープに接続されたフォトダイオードに入力します。光が共振器に入ると、その強度は時間とともに指数関数的に減少します。この特性的な減衰時間を光子寿命と呼びます。共振器のエネルギー蓄積能力を測る重要な指標が、光子の寿命と光子の角周波数の積として定義される品質係数（Q値）です。品質係数の正確な測定には、キャビティリングダウン法を用いることができます。入力レーザーの波長を十分に速く掃引し、チャンバー内で減衰する共振光と、その後の時間における脱調光との間に干渉を発生させます。次に、結合品質係数を最大化するように、共振器とテーパーの位置を微調整します。オシロスコープのトレースをガイドとして、測定された曲線をフィッティングすることで品質係数を求めます。可変波長レーザーと共振器の間に光増幅器を挿入することで、非線形効果を確認できます。フォトダイオード・オシロスコープのトレースをフィードバックとして使用し、レーザーを入力波長が共振に近い状態に調整します。この時点で、出力ファイバーを高分解能光スペクトラムアナライザに接続します。ポンプ波長をわずかにデチューニングしながら、レーザーの入力電力を上げます。ポンプピークの両側に新しい周波数が現れます。これが光周波数コムです。透過率を時間に対してプロットしたこのグラフにおいて、青色のトレースはフッ化カルシウム製のウィスパリングギャラリーモード共振器に対してキャビティリングダウン法を用いて得られたものです。本プロトコルの手法を用いると、赤色の曲線はフィッティング曲線となり、そこから1.5 × 10⁹の固有品質係数を決定することができます。このデータは、ウィスパーリングギャラリーモード共振器で得られた精密な光周波数コムを示しています。中心周波数は入力レーザーの周波数であり、約193.3 THzです。その他のスペクトル線は、共振器内の非線形相互作用によって生成されます。各スペクトル線間の周波数間隔は6 GHzであり、これは共振器の自由スペクトル範囲に相当します。このビデオを視聴することで、超高Q値のウィスパリングギャラリーモード共振器の作製方法、テーパードファイバーを用いたレーザーポンプへの結合方法、および光周波数コムの生成方法について十分に理解できるはずです。これらの手法により、非線形媒体における強 confining レーザー場によって誘起される光と物質の基礎的な相互作用の調査が可能となり、幅広い技術的応用の探索へとつながります。本手順の実施にあたっては、マスクや接着剤、認定済みのレーザー保護メガネなどの予防措置を講じることを忘れないでください。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

私たちは、自立ミクロスフェアおよびオンチップmicrotoroids含むシリカ共振空洞を作製する二酸化炭素レーザーリフロー技術の使用について説明します。リフロー法は、両方のデバイス内の長い光子寿命をできるように、表面欠陥を除去します。結果としてデバイスは、通信からbiodetectionに至るまでのアプリケーションを可能にする、超高品質因子を持っています。...

シリカ超高品質ファクターMicroresonatorsの作製

高感度フォトニックマイクロセンサは、電界検出用に開発されました。センサーは誘電体球の光学モードを利用している。その光学モードの変化につながる外部電場摂動球形態の変化。電界強度は、これらの光学シフトをモニターすることによって測定されます。...

ギャラリーモード高分子マイクロ光電界センサを囁くの開発

フォトニック結晶スローライト導波路と空洞の使用は、広く多くの異なるアプリケーションでフォトニクスコミュニティによって採用されています。したがって、これらのデバイスの作製および特性は非常に興味深いです。干渉計（導波路）と共鳴散乱（キャビティ）：本論文では、すなわち私たちの製造技術と二つの光学特性評価方法を概説します。...

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

蛍光コアマイクロキャビティセンサは、シリカマイクロキャピラリーのチャンネルに高屈折率の量子ドットのコーティングを採用しています。チャネルの中程度を分析するために使用することができるマイクロキャビティ蛍光スペクトルにおける毛管チャネル原因シフトに圧送流体の屈折率の変化。...

Refractometricセンシング用蛍光コアマイクロキャビティの合成と操作

nanodetectionにとって望ましくないレーザジッタノイズを除去するように設計された基準干渉計技術は、超高品質係数マイクロキャビティをプロービングするために利用される。アセンブリ、セットアップ、およびデータ取得のための命令は、キャビティ品質係数を特定するための測定処理と並んで設けられている。...

Nanodetectionのリファレンス干渉計の実装

パラメトリック光機械励起は、最近、光放射圧力と誘導ブリルアン散乱によって、マイクロ流体光機械共振器で実験的に実証されました。この論文では、これらのマイクロ流体共振器の作製と、オプトメカニカル振動の生成と検証の方法論について説明します。...

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不規則構造は、機能的な欠陥設計でフォトニックバンドギャップとこれまでにない自由を形成するための新しいメカニズムを提供します。無秩序システムの計算上の課題を回避するために、私たちはPBG材料の新しいクラスのモジュラー巨視的サンプルを構築し、容易かつ安価に、彼らのスケール不変フォトニック特性を特徴付けるためにマイクロ波を使用しています。...

乱れたフォトニックバンドギャップ材料のフォトニック特性を研究するためにマイクロ波誘電体固体の巨視的サンプルの使用

三次光学非線形感受率に関連する非線形現象を効率的に生成するには、Χは（3）三重共鳴シリカマイクロスフィアにおける相互作用は、この論文で提示されています。誘導ラマン散乱（SRS）、および4波が刺激アンチストークスラマン散乱（SARS）を含む混合プロセス：ここで報告相互作用があります。...

微小球ウィスパリングギャラリーモード共振器で刺激ストークスとAntistokesラマン散乱

直接およびトラップ媒介再結合ダイナミクスを調査し、薄膜半導体のキャリア移動度を決定するための時間分解マイクロ波伝導性技術がここで紹介されています。...

時間分解マイクロ波伝導を介して、薄膜太陽電池材料での再結合ダイナミクス

ポリマーからのミクロスフェアの合成、ミクロスフェアの操作、およびマイクロフォトルミネッセンス測定のためのプロトコールが提示されている。...

光共振器およびレーザ応用のためのポリマーマイクロスフェアの作製

学ぶウィスパリングギャラリーモード共振器を用いたマイクロ波フォトニクスシステムの構築手法。結晶ディスクの研磨・表面粗さ測定、テーパー光ファイバーによる光結合、光周波数コーム生成のプロトコルを解説。高Q値共振器の作製と非線形光学効果の応用に関する知見を提供する。

ウィスパリングギャラリーモード共振器に基づいたマイクロ波フォトニクスシステム

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