마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

이 절차의 전반적인 목표는 마이크로파 포토닉스 애플리케이션용 디스크 공진기인 Whispering Gallery 모드를 사용하여 광 주파수 빗을 생성하는 것입니다. 첫 번째 단계는 표면 거칠기의 규모가 나노미터 미만이 될 때까지 결정 디스크의 가장자리를 연마하고 연마하는 것입니다. 두 번째 단계는 AAU 간섭계 현미경을 사용하여 이 표면 거칠기를 측정하는 것입니다.

다음으로, 마이크로미터 규모의 직경을 가진 테이퍼 광섬유를 얻기 위해 토치로 가열된 상태에서 단일 모드 광섬유를 인발합니다. 마지막 단계는 테이퍼를 사용하여 레이저 광을 디스크 공진기에 결합하고 왕복 광 경로가 총 내부 반사의 정수에 해당하는 속삭이는 갤러리 모드를 여기하는 것입니다. 궁극적으로 펌프 출력이 증가하고 다른 속삭임 갤러리 모드는 관리 비선형성을 통해 여기됩니다.

이것은 시간 영역에서 짧은 펄스와 주파수 영역에서 주파수 빗으로 이어집니다. 기계적으로 연마된 결정화된 디스크 에이터를 사용하는 테스트는 작은 내부 흡수로 매우 높은 표면 빠른 품질을 달성할 수 있다는 것입니다. 표면은 맞춤형 광학 프로파일미터를 사용하여 정확하게 사용할 수 있으며 관련 C 계수는 cavi 방법을 사용하여 디스크 발진기로 빛을 발사합니다.

우리는 연구실에서 제작된 타입의 섬유를 사용합니다. 다른 방법과 다릅니다. 유형 파이버는 비선형 효과를 트리거하는 데 필요한 매우 높은 결합 효율을 제공합니다.

낮은 펌프 출력에서 관리 비선형성은 충분히 높은 레이저 출력으로 새로운 주파수를 유도하여 광학 주파수 컬럼으로 이어집니다. 위상 상관 주파수의 경우 신뢰할 수 있는 마이크로파를 생성할 수 있으며, 이를 photonix 응용 분야에 사용합니다. 이 프로토콜의 첫 번째 단계는 공진기를 생성하는 것입니다.

광학 창 결정질 불화 마그네슘 또는 불화 칼슘으로 시작하십시오. 여기서, 6mm 직경의 불화칼슘 디스크가 사용된다. 크리스탈은 이 실험을 위해 맞춤 제작된 것과 같은 연마 타워에서 모양을 만들고 연마할 것입니다.

이 연마 타워의 샘플은 스핀들 모터 접착제에 의해 유지되는 막대에 부착되고, 막대의 끝은 결정질 광학 창의 중심에 부착되고, 스핀들 모터에 막대를 장착합니다. 다음으로, 사용된 결정에 적합한 연마 지지 패드로 V자형 금속 가이드를 덮습니다. 입자 크기가 10미크론인 다이아몬드 또는 탄화규소와 같은 연마 분말의 준비된 혼합물과 물을 가이드의 패드 위에 붓습니다.

약 5, 000 RPM에서 결정의 회전을 시작하고 가이드를 회전하는 결정 쪽으로 이동하여 20g으로 분쇄를 시작합니다. 압력: 이 컴퓨터 생성 이미지에서와 같이 결정이 볼록한 모양을 가질 때까지 계속 연삭합니다. 재료에 따라 2시간에서 4시간 정도 걸릴 수 있습니다.

결정을 형성한 후 다음 단계는 추가 연삭 및 연마입니다. 가이드에서 물과 혼합된 점점 더 작은 연마 입자를 사용하면 전체 공정에 4-8시간이 걸립니다. 연삭 및 연마가 진행됨에 따라 표면 상태에 대한 피드백을 얻는 것이 중요합니다.

처음에는 결정이 불투명하면 광학 현미경을 사용하여 육안 검사를 수행합니다. 표면은 연마 입자 크기의 규모에서 거칠기로 결함이 없어야 합니다. 나중에 1 미크론 입자로 성공적으로 연마 한 후 결정이 투명해지고 더 작은 연마재로 후반 단계에서 광학 연마에 도달했으며 표면을 특성화하기 위해 간섭계 측정이 필요합니다.

사기 간섭계 대물렌즈가 장착된 현미경을 사용하여 사기 대물렌즈에서 관찰된 간섭 패턴을 통해 표면 높이 변화를 정성적으로 연구합니다. 입사광의 절반은 디스크 표면으로 향하고 나머지 절반은 거울에 의해 반사됩니다. 디스크에서 반사된 빛과 거울에서 나오는 빛은 디스크 표면을 특성화하는 데 사용되는 간섭 패턴을 생성합니다.

이 간섭계 이미지는 1미크론 분말로 연마된 표면에서 가져온 것입니다. 상당한 높이 변화를 보여줍니다. 이 이미지는 100나노미터 분말로 연마된 표면에서 가져온 것입니다.

그것은 훨씬 더 매끄러운 표면을 나타냅니다. 보다 자세한 특성화를 위해 작은 영역에서 표면의 높이 변화에 대한 컴퓨터 제어 측정을 사용하십시오. 이 이미지는 약 1시간 만에 완성되었으며 약 0.25제곱밀리미터를 커버합니다.

연삭 및 연마는 간섭계 데이터가 표면이 가능한 한 매끄럽다는 것을 시사할 때까지 계속되어야 합니다. 디스크에 빛을 결합하기 위해. 테이퍼는 광섬유로 그려집니다.

테이퍼를 뽑으면 테이퍼의 섬유 직경이 125미크론에서 1미크론으로 줄어듭니다. 고차 모드는 점진적으로 여기되고 서로 간섭합니다. 임계점에 도달했습니다.

이러한 고차 모드가 배출되면 하나의 모드만 안내되며 해당 소진 자기장을 사용하여 디스크에 광을 결합하여 공진기에 결합하기 위한 광섬유를 생성할 수 있습니다. 약 1미터의 단일 모드 실리카 섬유로 시작합니다. 베어 파이버를 양쪽의 FC 커넥터에 연결합니다.

단일 모드 실리카 섬유의 중앙 부분에서 플라스틱 및 폴리머 코팅을 약 5cm 정도 벗겨냅니다. 그런 다음 광섬유의 한쪽 끝을 연속파 근적외선 레이저 소스에 연결하고 다른 쪽 끝을 포토 다이오드에 연결합니다. 이를 통해 파이버를 모니터링할 수 있습니다.

다음으로, 광섬유의 벗겨진 영역의 양쪽에 있는 코팅된 부분을 컴퓨터로 제어되는 고해상도 모터에 고정합니다. 모터는 컴퓨터로 제어되어야 하며 일정한 가속도에서 끝을 반대 방향으로 당기도록 구성되어야 합니다. 이제 광섬유의 코팅되지 않은 부분을 토치로 약 1분 동안 가열합니다.

화염은 진화하는 테이퍼를 손상시키지 않도록 부드러워야 합니다. 화염을 가하는 동안 1 분 후에 모터의 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 각 모터가 제곱 당 약 5 미크론의 일정한 가속도로 움직이기 시작합니다. 둘째, 드로잉이 시작되면 레이저 소스와 포토 다이오드를 사용하여 테이퍼의 투과율을 모니터링합니다.

IOD 간섭 패턴은 프로세스 중에 나타나고 빈도가 증가한 다음 1미크론에 가까운 폐기물 직경으로 사라집니다. 이 시점에서 모터 동작과 화염을 모두 즉시 중지하여 광을 공진기에 결합하고 캐비티의 agan 모드를 측정합니다. 공진기와 파이버 테이퍼는 현미경으로 서로 가까이 가져와야 합니다.

공진기를 파이버 테이퍼 부근의 3축 PAO 제어 변환 스테이지에 고정하는 동시에 현미경을 사용하여 공진기와 파이버 테이퍼의 상대적 위치를 모니터링합니다. 공진기를 테이퍼에서 1미크론 미만의 거리로 이동합니다. 광섬유와 공진기의 결합을 테스트하기 위해 수직 위치 지정 및 기울기 각도를 돕기 위해 거울을 사용하십시오.

테이퍼 파이버를 눈에 보이는 레이저 다이오드에 연결합니다. 커플 링이 효율적이면 공진기를 조명해야합니다. 효율적인 결합이 달성되면 가시 레이저 다이오드를 공진보다 좁은 레이저와 정렬된 모드 홉 프리 레이저로 교체하십시오.

테이퍼의 다른 쪽 끝은 오실로스코프에 연결된 포토 다이오드에 입력되어야 합니다. 빛이 캐비티로 들어가면 그 강도는 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 감소합니다. 특징적인 감쇠 시간을 광자 수명(photon lifetime)이라고 합니다.

공진기의 에너지 저장 용량의 중요한 척도는 광자 수명과 광자 각 주파수의 곱으로 정의되는 품질 계수입니다. 이를 수행하기 위해 캐비티 링 다운 실험을 통해 품질 계수를 정확하게 측정할 수 있습니다. 챔버에서 감소하는 공명광과 후속 시간에서 조정되지 않은 광 사이에 간섭을 일으킬 수 있을 만큼 충분히 빠른 파장을 통해 입력 레이저를 스윕합니다.

그런 다음 공진기와 테이퍼의 위치를 미세 조정하여 결합 품질 계수를 최대화합니다. 오실로스코프 트레이스를 가이드로 사용하여 측정된 곡선을 피팅하여 품질 계수를 찾습니다. 비선형 효과는 조정 가능한 레이저와 공진기 사이에 광 증폭기를 삽입하여 볼 수 있습니다.

피드백을 위해 포토 다이오드 오실로스코프 트레이스를 사용하여 레이저를 공진에 가까운 입력 파장으로 조정합니다. 이 시점에서 출력 광섬유를 고해상도 광 스펙트럼 분석기에 연결합니다. 펌프 파장을 약간 디튜닝하면서 레이저 입력 전력을 증가시킵니다.

새로운 주파수가 펌프 피크의 각 측면에 나타납니다. 이것은 케어 광 주파수 빗입니다. 이 투과 대 시간 그래프에서, 파란색의 흔적은 불화칼슘으로 제작된 속삭이는 갤러리 모드 공진기에서 캐비티 링 다운 기술을 사용하여 발견되었습니다.

이 프로토콜의 방법을 사용하면 빨간색 곡선은 1.5 곱하기 10에서 9번째까지의 고유 품질 계수를 결정할 수 있는 적합 곡선입니다. 이 데이터는 속삭이는 갤러리 모드 공진기에 대해 얻은 관리 광학 주파수 빗을 보여줍니다. 중심 주파수는 입력 레이저의 주파수로 약 193.3테라헤르츠입니다.

다른 스펙트럼 라인은 공진기의 비선형 상호 작용에 의해 생성됩니다. 각 스펙트럼 라인 사이의 주파수는 공진기의 자유 스펙트럼 범위에 해당하는 6기가헤르츠입니다. 이 비디오를 시청한 후에는 ultra HighQ 속삭임 갤러리 모드, 공진기를 제작하는 방법, 테이퍼 파이버를 사용하여 레이저 펌프에 연결하는 방법 및 광 주파수 컴포지션을 생성하는 방법에 대해 잘 이해하게 될 것입니다.

이러한 방법을 통해 비선형 매체에서 강하게 제한된 레이저 필드에 의해 유도되는 기본적인 광 물질 상호 작용을 조사할 수 있으며, 다양한 기술 응용 분야를 탐구할 수 있습니다. 이 절차를 수행하는 동안 마스크, 접착제 및 인증된 레이저 보안경과 같은 예방 조치를 취하는 것을 잊지 마십시오.