Name: 마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-05T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 18 s
Description: 배우세요 초고Q 갤러리 모드 공진기를 이용한 마이크로파 포토닉스 시스템 구축 방법을. 연마 및 광섬유 테이퍼 커플링 기술로 광주파수 빗을 생성하는 프로토콜을 익히세요.

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YCK은 프로젝트 NextPhase (ERC STG 278616)를 통해 유럽 연구위원회에서 재정 지원을 인정합니다. ANR 프로젝트 ORA (BLAN 031202)에서,, 그리고 : 저자는 또한 프로젝트 SHYRO (10,076,201 액션 R &amp; T R-S10/LN-0001-004/DA)를 통해 센터 국립 디부 연습곡 Spatiales (CNES, 프랑스)의 지원을 인정 지역 드 프랑 슈 콩테, 프랑스.

프로토콜은 5 주 단계로 구성됩니다 : 첫 번째에서 공진기 속삭이는 - 갤러리 모드가 구성되어 있습니다. 공진기의 연마의 진행을 제어하기 위해, 표면 상태 측정이 수행됩니다. 세 번째 단계에서, 우리는 공진기에서 빛을 발사 할 도구를 제작. 이러한 두 가지 도구가 제조되면, 우리는 광학 하이-Q 공진을 시각화하기 위해 그들을 사용합니다. 마지막으로, 높은 전력 입력 레이저 빔을 사용하여 공진기는 비선형 방식으로 작동하고 커 빗이 생성됩니다. 1. 공진기를 연마 이 단계에서, 공진기 결정 광학 창 (MGF 2 광학 부품 유통 업체에서 쉽게 구할 수 CAF 2) 모양과 광택입니다. 이 닦는 절차는 고품질 WGM 공진기로 변환합니다. 사용자 정의 연마 타워 반응식 1에 제시되어있다. <ol><li> 에 접착제를 결정 광학 창을에어 베어링 스핀들 모터에 의해 개최 할 수있는 스틱. </li><li> 코트 적절한 연마 지원 조직과 V-모양의 금속 가이드를 물과 혼합 10 ㎛ 연마 분말 (알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 실리콘 카바이드) 붓는다. 회전 디스크 (약 5,000 rpm으로, 20g의 압력)이 설명서에 접근하고 연삭 시작합니다. 재료와 회전 속도에 따라이 과정은 4 시간 (MGF 2)에 2 시간 (CAF 2)에서 마지막 수 있습니다. 이 연마 단계는 공진기의 이중 볼록한 모양을 제공합니다. 이 단계의 끝에서 디스크 반응식 2에 제시된 모양을 가지고 있어야합니다. </li><li> 다음 단계는 일반적으로 &quot;연삭 및 연마&quot;절차 24이라고합니다. 그것은 일반적으로 크기가 10 ㎛, 3 ㎛ 인, 1 ㎛, 250 nm의, 그리고 마지막으로 100 나노 미터의 연마 입자와 이전 단계를 반복으로 구성되어 있습니다. 지원 조직은 작은 곡물 덜 뻣뻣한되고, 각 입자의 크기에 맞게해야합니다. 긁힘을 방지하려면및 줄무늬, 가이드 수평 번역을 수행 할 수 있습니다. 연속 연삭 및 연마의 각 단계에서 표면의 상태가 개선되어야한다. </li></ol> 2. 표면의 상태 제어 <ol><li> 광학 현미경 하에서 시각적 컨트롤은 표면 상태 제어를위한 첫 번째 단계입니다 : 디스크의 첫 번째 단계 빛에 불투명하지만, 성공적으로 1 ㎛ 입자 연마 한 후, 디스크를 투명하게하고 양측은 빛을 반사 : 그래서 광 폴란드어에 도달 소위와 공진기의 품질 계수는 10 5에 있어야합니다 - 10 6 범위. </li><li> 작은 연마를 들어, 눈도 표준 현미경을 사용하여, 표면의 상태를 평가할 수 없습니다. 이 시점에서, 표면 상태의 간섭 측정이 필요합니다. Mirau 간섭계 대물 렌즈와 흰색 광원이 장착 된 현미경을 사용합니다. 공진기의 이미지 위스콘신 방해참조 평면 토륨, 따라서 즉 파장 몇 나노 미터의 분수의 해상도로 각 지점에서 독립적으로 처리 도구 표면의 높이를 변화 백색광 위상에 공개. 이 측정은 또한 디스크 (25)의 곡률을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. </li><li> 샘플과 목적 사이의 길이를 수정하여, 공진기의 반사 광학 위상을 결정하고 표면의 높이 변화를 계산합니다. 이 전용 ​​컴퓨터에 자동으로 감사 할 수 있습니다, 표면 높이 맵은 샘플의 조도 측정을 허용 만들어집니다. 그림 1에서 설명한 표면 거칠기를 모니터하고 간섭 변두리가 부드러운 할 때 연삭 연마 절차를 중지합니다. </li></ol> 3. 테이퍼 그리기 공진기 부부 빛을, 아주 작은 광섬유가 필요합니다 : 그것의 직경은 약 3 μm의이어야한다(인간의 머리카락보다 20 배 작은). <ol><li> 대략 5cm 길이에 미치는 플라스틱 및 폴리머 코팅 떨어져 표준 단일 모드 실리카 섬유 (SMF)를 제거. 모니터링 목적을 위해, 섬유의 입력 및 출력 다이오드에서 레이저 소스에 연결해야합니다. </li><li> 두 컴퓨터 제어 고해상도 모터에 섬유의 코팅 부분의 각 크기를 수정합니다. 모터의 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 섬유의 각면이 떨어져 당겨 수 있도록 그들을 지속적으로 가속 운동과 함께 이동하도록 구성합니다. </li><li> 스트레칭을 시작하기 전에 약 1 분간 토치 램프와 두 개의 고정 점 사이의 코팅 섬유를 가열한다. 불꽃은 매우 작되면 멀리가는 타격을받지 않도록 부드럽게해야한다. </li><li> 모터의 움직임을 시작하고, 따라서 섬유의 스트레칭입니다. 도면이 시작되면, 하나는 레이저 소스와 포토 다이오드를 사용하여 테이퍼의 전송을 모니터링 할 수 있습니다 : 간섭 패턴이됩니다과정에서 나타날 빈도가 증가하고, 마지막으로, 그들은 1 ㎛ 근처에 허리 직경 사라집니다. 이 단계에서, 모터와 불꽃 동시에 중지해야합니다. </li></ol> 4. WGM 공진기의 커플 링 라이트 이 단계에서, 테이퍼 공진기 부부 빛을 사용하며 그림 2에 표시됩니다 충치의 높은 Q 고유 모드를 관찰 할 수 있습니다. <ol><li> 3 축 피에조 제어 번역 무대에서 공진기를 수정합니다. 이하 1 ㎛의 거리에서 광섬유 테이퍼에 접근. 광섬유 테이퍼와 공진기의 상대적 위치는 현미경 덕분에 감시하고, 거울 수직 위치 및 기울기 각도를 제어하는​​ 데 사용됩니다. </li><li> 눈에 보이는 레이저 다이오드 섬유 테이퍼 연결 커플 링 효율이 경우 그림 3에서와 같이 공진기, 조명되어야한다. </li><li> 광섬유 테이퍼에 연결한쪽에 좁은 선폭 (공명의 선폭보다 좁은), 다른 끝에 오실로스코프에 연결된 다이오드와 모드 홉 프리 레이저. 공진기의 전송 응답은 입력에서 파장을 스캔하여 얻을 수 있습니다. 모드와 자신의 선폭 (반 최대에서 전체 너비)의 공진 주파수 사이의 비율을 계산하여 얻어진 투과 스펙트럼을 사용하여 공진기의 품질 계수를 평가한다. </li><li> 보다 정확한 측정을 청소 파장 공진기의 부패 공진 빛과 이후의 시간에 디튠 빛 사이의 간섭을 얻기 위해 충분히 빨리 &quot;캐비티 링 다운&quot;실험 26 일에 수행됩니다. 하나는 테이퍼의 위치와 결합 Q-인자를 증가하고 그림 4의 전형적인 패턴을 얻을 수 공진기를 미세 조정할 수 있습니다. 관련 맞는 곡선은 공진기의 품질 계수를 제공합니다. </li></OL&gt; 5. 빗 생성 이 마지막 단계에서는 고출력 펌프 레이저 공진기의 비선형 효과를 흥분. <ol><li> 튜너 블 레이저 공진기 사이의 광 증폭기를 삽입합니다. </li><li> 입력 파장이 공명 옆에 있도록 다이오드와 오실로스코프 덕분에, 레이저 광원을 미세 조정할 수 있습니다. </li><li> 고해상도 광 스펙트럼 분석기로 출력 광섬유를 연결하고 약간 펌프 파장을 디 튜닝하는 동안 입력 전원을 높일 수 있습니다. 새 주파수는 펌프 피크의 양쪽에 나타납니다 :이 커 광학 주파수 빗입니다. </li><li> 포토 다이오드로 전환, 우리는 생성 된 서로 다른 스펙트럼 모드 사이의 구타를 관찰 할 수 있습니다. 전자 레인지 대역 통과 필터를 사용하여, 하나는 매우 낮은 소음이 전기 신호에있는 순수한 주파수를 분리 할 수​​ 있습니다. </li></ol>

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</ol>

저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

이 프로토콜은 그 (것)들로 몇 가지 빛, 높은 Q 광 공진기를 생산 할 수 있으며 다양한 전자 포토닉스 응용 프로그램에 대한 비선형 현상을 트리거합니다. 거친 연마의 첫 번째 단계는 공진기에 그것의 모양을 제공해야합니다. 10 μm의 연마제로 연마 한 시간 후, 공진기의 가장자리의 한쪽 (계획 2) 편리하게 모양이어야한다. 다음 단계는 공진기의 표면을 부드럽게하고 1 ㎛ 직경의 연마제의 단계에 도달하면, 그 표면은 투명해야합니다. 이 광 폴란드어이라고합니다. 그러나, 이것은 높은 품질 계수 및 추가 단계가 나노 미터 스케일의 거칠기와 더 나은 표면 품질을 달성하기 위해 작은 연마 입자에 필요한 얻을 충분하지 않습니다. 우리는 Q를 표면 산란에 의한 손실로 이어질 표면의 요철을 측정하는 백색광 간섭 profilometer를 사용하여 낮은 </EM&gt; 요소 성능을 제공합니다. 이 단계는 연마의 품질을 평가하는 중...

속삭이는 갤러리 모드 공진기는 디스크 또는 마이크로 또는 millimetric 반경 1,2,3,4의 분야입니다. 공진기 (나노 미터 크기의 표면 거칠기) 거의 완벽하게 모양입니다 제공, 레이저 광은 일반적으로 속삭이는 - 갤러리 모드 (WGMS)라고 그 고유 모드 내에서 내부 전반사에 의해 갇혀 될 수 있습니다. 10월 11일에서 5일까지 매우 높은 수 있습니다 Q의 품질 계수가 10에서 7까지하면서 자유 스펙트럼 범위 (또는 복합 주파수) GHz의에서의 공진기 반경에 따라 테라 헤르츠에 따라 다를 수 있습니다. 비축의 고유 재산에 빛을 둔화 때문에, WGM 광학 공진기 많은 광 신호 처리 작업 3을 수행하는 데 사용되었습니다 필터링, 증폭, 시간 지연 등. 제조 기술의 지속적인 개선으로, 전례없는 품질 요소는 계측 또는 계량 더욱 까다로운 애플리케이션에 적합하게UM 기반 응용 프로그램 6-13. 이러한 초고 Q 공진기에 감금 작은 양, 높은 광자 밀도, 긴 광자 수명 (Q에 비례), 커 같은 다양한 비선형 효과를 통해 다양한 WGMS을 자극 할 수 있습니다 매우 강한 빛을 물질의 상호 작용을 유도 예 14-19를위한 라만, 또는 루앙. 갤러리 모드 공진기를 속삭이는에서 비선형 현상을 사용하는 것은 매우 순수 전자 레인지와 광파 생성을위한 유망한 패러다임으로 제안되었다. 이 항목은 기초 과학 및 기술의 많은 부분을 교차한다는 사실은 학문의 넓은 범위에 그것의 매우 강한 잠재적 인 영향의 명확한 지표입니다. 특히, 항공 우주 및 통신 공학 기술은 다양한 전자 레인지와 뛰어난 일관성을 가진 광파 신호를 필요로 현재. WGM 기술은 기존의 또는 미래의 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다 : 개념적 단순성, 시간을igher 견고성, 작은 전력 소비, 긴 수명, 간섭에 대한 내성, 매우 컴팩트 한 볼륨, 주파수 다양성, 쉬운 칩 통합뿐만 아니라, 전자 레인지, 광파 기술 모두에 대한 표준 광 부품의 주류를 통합하기위한 강력한 잠재력을. 항공 우주 공학, 석영 발진기는 네비게이션 시스템 (비행기, 인공위성, 우주선 등) 탐지 시스템 (레이더, 센서, 등) 모두에 대한 주요 전자 소스로 압도적으로 지배적이다. 그러나 만장일치로 석영 발진기의 주파수 안정도 성능의 바닥에 도달했다고 인식하고, 크게 더 이상 향상되지 않습니다. 같은 라인을 따라, 그들의 주파수 다양성이 제한되어 거의 40 GHz의 이상으로 매우 안정적인 전자의 생성을 허용하지 않습니다. 전자 광 발진기는 이러한 한계를 극복 할 것으로 예상된다. 반면에, 통신 공학, 전자 렌지, 광자IC 발진기는 또한 전례가없는 효율 광파 / 전자 레인지 변환을 수행 할 위치를 광 통신 네트워크의 핵심 구성 요소가 될 것으로 예상된다. 그들은 또한 매우 빠르게 처리 할 수 광파 기술의 컴팩트 전체 광학 부품의 지속적인 추세와 호환됩니다 [업 / 다운 변환, 혼합 (DE) 변조, 증폭, 다중화 등】없이 대규모 조작의 필요성 (그리고 천천히) 전자. 광자가 비선형 매체를 통해 광자를 제어 소형 광자 회로의 개념은 제한된 광전자 처리 속도 비교 거의 무제한 광 대역폭에서 발생하는 병목 현상을 회피하는 것을 목표로하고있다. 광 통신 시스템은 매우 클러킹 (낮은 위상 잡음이 시간 지터 낮은에 해당) 및 대역폭 (비트 레이트 클럭 주파수에 비례하여 증가) 요구 사항을 모두 충족시키기 위해 매우 낮은 위상 잡음 전자 레인지에 대한 요구된다. 사실, 내 초고속 COMMUN주시죠 네트워크는 등 매우 안정 발진기는 여러 가지 목적 (업 / 다운 주파수 변환을위한 국부 발진기, 네트워크 동기화, 캐리어 합성 등)에 대한 기본 참조입니다. WGM 공진기의 비선형 현상은 또한 라만과 브릴 루앙 레이저와 같은 다른 응용 프로그램에 대한 연구의 새로운 지평을 엽니 다. 더 일반적으로, 이러한 현상은 광학 충치와 도파관의 비선형 현상의 넓은 관점에서 통합, 그리고 결정 또는 실리콘 포토닉스에 대한 결실 패러다임이다. 할 수 있습니다 원환과 같은 WGMS에 강한 구속과 광자의 매우 긴 수명은 응축 물질과 양자 물리학에 근본적인 문제를 조사하는 테스트 벤치 훌륭한을 제공합니다. 전자기 신호의 적 증가 정확도 경주도 전형적인 상대성 (로렌츠 불변성에 대한 시험)에 관한 물리학 질문, 또는 기본적인 물리 상수의 측정 대답에 기여차 시간에 자신의 수 변화. 이 문서에서는, 결정 광학 속삭임 - 갤러리 모드 (WGM) 공진기를 얻기 위해 필요한 여러 단계를 설명하고 그 특성을 설명합니다. 또한 제시하는 것은 이러한 공진기에 커플 레이저 광에 필요한 고품질 가늘게 한 섬유를 얻을 수있는 프로토콜입니다. 마지막으로, 전자 렌지, 포토닉스, 커 빗을 사용하여, 즉 매우 안정적인 전자 생성의 분야에서 이러한 공진기의 주력 응용 프로그램을 제시하고 설명합니다. 첫 번째 섹션에서는 세부 프로토콜은 매우 높은 Q WGM 공진기를 얻기 위해 따랐다. 우리의 방법은 렌즈 나 거울 망원경 등의 광학 부품을 닦는 데 사용되는 표준 기술을 연상시키는 갈기 및 폴란드어 접근 방식에 의존합니다. 두 번째 섹션은 표면 거칠기의 특성에 전념하고 있습니다. 우리는 표면을 측정하는 비접촉 백색광 간섭 profilometer를 사용하여 R산란에 의한 손실을 표면화함으로써 Q 팩터 성능이 저하로 연결 oughness. 이 단계는 연마의 품질을 평가하는 중요한 실험 테스트입니다. 세 번째 섹션은 공진기에서 빛을 발사하기 위해 제조와 마이크로 미터 범위의 직경 테이퍼 실리카 섬유를 우려하고있다. 이러한 작은 직경에 도달하기 위해, 우리는 떨어져 섬유를 뽑아 동시에 컴퓨터 제어 모터를 사용하여 &quot;불꽃 칫솔질&quot;기술, 20 테이퍼 될 수있는 섬유 영역을 가열 토치를 채택한다. 네 번째 섹션에서, 공진기 및 테이퍼 섬유 파장 스캐닝 레이저를 이용하여 속삭이는 갤러리 모드의 공진 신호를 시각화하기 위해 서로에게 접근하고 있습니다. 우리는 등거리 스펙트럼 라인으로 만들어진 스펙트럼, 공진기의 광 출력을 증가시켜, 우리는 우리가 커 광학 주파수 빗의 형성을 관찰 할 때까지 비선형 현상을 트리거 관리하는 방법, 다섯 번째 섹션에 표시됩니다. 이메일로위의 mphasized이 커 빗 스펙트럼은 과학 기술 21-23 모두에서 여러 응용 프로그램에 적합한 뛰어난 특성을 가지고. 우리는 누구의 복합 주파수 매우 안정적인 전자 레인지입니다 광학 멀티 파장 신호를 보여줌으로써 WGM 공진기의 가장 주목할만한 응용 프로그램 중 하나를 고려할 것입니다.

<table><tbody><tr><td>스텝 모터 50mm 코스</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3 축 나노 스테이지</td><td>Physik Instrumente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TUNICS 조정 가능한 레이저 소스</td><td>Yenista</td><td></td><td></td></tr><tr><td>광학 스펙트럼 분석기 APEX</td><td>APEX Technologies</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템은 전자 레인지와 광 신호 사이의 상호 작용에 근본적으로 의존하고 있습니다. 이러한 시스템은 매우 우주 항공 및 통신 공학, 감지, 계측, 비선형 포토닉스, 양자 광학 등의 기술 및 응용 과학의 다양한 분야에 대한 약속입니다. 이 문서에서는, 우리는 매우 높은 Q의 속삭이는 갤러리 모드 공진기를 기반으로 전자 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 실험실에서 사용되는 주요 기법을 제시한다. 최초의 렌즈 나 거울 망원경과 같은 광학 부품 연마하는 데 사용되는 것과 가까운 갈기 - 및 - 폴란드어 기술을 기반 공진기 연마를위한 프로토콜은이 문서에서 설명. 그런 다음, 어느 연마의 품질을 특성화하는 중요한 매개 변수 백색광 간섭계 profilometer 측정 표면 거칠기이다. 공진기에서 빛을 발사하기 위해, 마이크로 미터 범위의 직경 테이퍼 실리카 섬유가 사용됩니다. 이러한 작은 직경에 도달의, 우리는 떨어져 섬유를 뽑아 동시에 컴퓨터 제어 모터를 사용하여 &quot;불꽃 칫솔질&quot;기술, 그리고 테이퍼로 섬유 영역을 가열 토치를 채택한다. 공진기와 테이퍼 섬유는 나중에 파장 스캐닝 레이저를 이용하여 속삭이는 갤러리 모드의 공진 신호를 시각화하기 위해 서로에게 접근하고 있습니다. 커 광학 주파수 빗의 형성이 등거리 스펙트럼 라인으로 만들어진 스펙트럼으로 관찰 될 때까지 공진기, 비선형 현상의 광 출력을 증가시켜 트리거됩니다. 이러한 커 빗 스펙트럼은 과학 기술의 여러 응용 프로그램에 적합한 뛰어난 특성을 가지고. 우리는 매우 안정적인 마이크로 웨이브 주파수 합성에 관련된 응용 프로그램을 고려 GHz의 복합 주파수가 커 빗의 생성을 보여줍니다.

이 5 단계 프로토콜은 전자 광 애플리케이션을위한 매우 높은 품질의 요인 WGM 공진기를 얻을 수 있습니다. 계획 2 대표되는 첫 번째 단계는, 공진기 원하는 형태로 제공하는 것을 목표로하고있다. 여기에 주요 어려움은 그 림 있도록 강하게 기계적 관점에서 구조적 취약성을 선도없이 갇힌 광자를 한정 할 정도로 날카로운 디스크를 생산하는 것입니다. 그것은 크기와 모양 및 대량 재료의 다양한 변화와 디스크를 연마 허용하는이 연마 타워는 놀라운 다양성을 보유하고 있습니다. 이 그림 1에서 볼 수 있듯이 연마 프로세스의 끝에서, 나노 미터 스케일의 표면 거칠기 (루트 제곱을 의미), 달성되었습니다. 이 아주 작은 표면 거칠기는 그림 4의 캐비티 링 다운 측정에 의해 표시되는, 10 9 우수한 품질 요소와 연결되어 있습니다. ...

매우 높은 Q의 속삭이는 갤러리 모드 공진기를 기반으로 전자 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 실험실에서 개발 한 사용자 정의 방법이 제시되어 있습니다. 이러한 공진기를 얻고 특성화 프로토콜을 자세히 설명하고, 전자 포토닉스의 응용 프로그램을 일부 설명이 제공됩니다.

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

이 절차의 전반적인 목표는 마이크로파 포토닉스 응용을 위해 위스퍼링 갤러리 모드(Whispering Gallery mode) 디스크 공진기를 사용하여 광 주파수 빗을 생성하는 것입니다. 첫 번째 단계는 결정질 디스크의 가장자리를 표면 거칠기 규모가 서브 나노미터가 될 때까지 연마하고 광택을 내는 것입니다. 두 번째 단계는 AAU 간섭계 현미경을 사용하여 이 표면 거칠기를 측정하는 것입니다.다음으로, 마이크로미터 규모의 직경을 가진 테이퍼드 파이버를 얻기 위해 토치로 가열하면서 단일 모드 광섬유를 늘립니다. 마지막 단계는 테이퍼를 사용하여 레이저 빛을 디스크 공진기에 결합시키고, 빛의 왕복 경로가 총 내부 반사의 정수배에 해당하는 위스퍼링 갤러리 모드를 여기시키는 것입니다. 최종적으로, 펌프 출력을 증가시키면 Kerr 비선형성을 통해 다른 위스퍼링 갤러리 모드들이 여기됩니다.이는 시간 영역에서의 짧은 펄스와 주파수 영역에서의 주파수 콤으로 이어집니다. 기계적으로 연마된 결정 디스크 공진기를 사용하는 테스트의 핵심은 낮은 내부 흡수와 함께 매우 높은 표면 거칠기 품질을 달성할 수 있다는 점입니다. 표면 거칠기는 맞춤형 광학 프로파일로미터를 사용하여 정확하게 측정할 수 있으며, 관련 C 인자는 공동 결합 방식을 사용하여 디스크 공진기로 빛을 입사시킴으로써 측정됩니다.당사 실험실에서 제작한 테이퍼 광섬유(taper fibers)를 사용합니다. 다른 방법들과 달리, 테이퍼 광섬유는 비선형 효과를 유발하는 데 필요한 매우 높은 결합 효율을 제공합니다.낮은 펌프 출력에서는, 충분히 높은 레이저 출력에서 발생하는 비선형성이 새로운 주파수를 유도하여 광주파수 빗(optical frequency comb)을 형성합니다. 위상 상관 주파수의 경우, 포토닉스 응용 분야에 사용할 수 있는 안정적인 마이크로파를 생성할 수 있습니다. 이 프로토콜의 첫 번째 단계는 공진기를 제작하는 것입니다.광학 윈도우용 결정질 불화마그네슘 또는 불화칼슘으로 시작하십시오. 여기서는 직경 6 mm의 불화칼슘 디스크가 사용되었습니다. 결정은 본 실험을 위해 맞춤 제작된 것과 같은 연마 타워에서 성형 및 연마 과정을 거치게 됩니다.이 연마 타워의 샘플들은 스핀들 모터 글로 고정된 로드에 부착되어 있으며, 로드의 끝부분을 결정성 광학 창의 중심에 맞추어 로드를 스핀들 모터에 장착합니다. 다음으로, 사용되는 결정에 적합한 연마 지지 패드로 V자형 금속 가이드를 덮습니다. 입자 크기가 10 microns인 다이아몬드 또는 탄화규소와 같은 연마제 분말과 물의 혼합물을 준비하여 가이드의 패드 위에 붓습니다.결정의 회전을 약 5,000 RPM으로 시작하고, 가이드를 회전하는 결정 쪽으로 이동시켜 20 grams의 압력으로 연마를 시작합니다. 이 컴퓨터 생성 이미지와 같이 결정이 볼록한 모양이 될 때까지 계속 연마하십시오. 재료에 따라 2시간에서 4시간 정도 소요될 수 있습니다.결정을 성형한 후, 다음 단계는 추가 연삭 및 연마입니다. 가이드 내의 물과 혼합된 점진적으로 더 작은 연마 입자를 사용하여, 전체 공정은 4~8시간이 소요됩니다. 연삭 및 연마가 진행됨에 따라 표면 상태에 대한 피드백을 얻는 것이 중요합니다.초기에 결정이 불투명할 때는 광학 현미경을 사용하여 육안 검사를 수행합니다. 표면은 연마 입자 크기 수준의 거칠기를 유지하며 결함이 없어야 합니다. 이후 1 µm 입자로 성공적으로 연마하면 결정이 투명해지며, 더 작은 연마재를 사용하는 후기 단계에서 광학 연마 수준에 도달하게 되면 표면 특성을 분석하기 위해 간섭계 측정이 필요합니다.morale 간섭계 대물렌즈가 장착된 현미경을 사용하여 morale 대물렌즈에서 관찰되는 간섭 패턴을 통해 표면 높이 변화를 정성적으로 연구하십시오. 입사광의 절반은 디스크 표면으로 향하고 나머지 절반은 거울에 의해 반사됩니다. 디스크에 의해 반사된 빛과 거울에서 나온 빛은 간섭 패턴을 생성하며, 이는 디스크 표면의 특성을 분석하는 데 사용됩니다.이 간섭계 이미지는 1 µm 분말로 연마한 표면의 모습입니다. 상당한 높이 변화가 관찰됩니다. 이 이미지는 100 nm 분말로 연마한 표면의 모습입니다.이는 표면이 훨씬 더 매끄러움을 나타냅니다. 더 상세한 특성 분석을 위해서는 컴퓨터 제어 측정 방식을 사용하여 좁은 영역 내 표면의 높이 변화를 측정하십시오. 이 이미지는 약 1시간에 걸쳐 완성되었으며 약 0.25 square millimeters의 영역을 포함합니다.간섭계 데이터가 표면이 최대한 매끄러워졌음을 나타낼 때까지 연마 및 폴리싱을 계속해야 합니다. 디스크에 빛을 결합하기 위해, 광섬유에 테이퍼를 형성합니다.테이퍼를 인발하면 테이퍼 내의 광섬유 직경이 125 microns에서 1 micron으로 감소합니다. 고차 모드들이 점진적으로 여기되며 서로 간섭을 일으킵니다. 그러면 임계점에 도달하게 됩니다.이러한 고차 모드들이 방출되면 단 하나의 모드만 도파 상태로 남게 되며, 이 모드의 소멸장(evanescent field)을 이용하여 디스크 내부로 빛을 결합함으로써 공진기에 결합하기 위한 광섬유를 제작할 수 있습니다. 약 1m 길이의 단일 모드 실리카 광섬유를 준비하십시오. 피복을 벗긴 광섬유의 양 끝단에 FC 커넥터를 융착 결합하십시오.싱글 모드 실리카 광섬유의 중앙 섹션에서 플라스틱 및 폴리머 코팅을 약 5cm 제거합니다. 그런 다음 광섬유의 한쪽 끝은 연속파 근적외선 레이저 광원에 연결하고, 다른 쪽 끝은 포토다이오드에 연결합니다. 이렇게 하면 광섬유의 상태를 모니터링할 수 있습니다.다음으로, 파이버의 피복 제거 영역 양측에 있는 코팅된 부분을 컴퓨터 제어 고해상도 모터에 고정합니다. 모터는 컴퓨터로 제어되어야 하며, 양 끝을 일정한 가속도로 서로 반대 방향으로 당기도록 설정해야 합니다. 이제 블로우토치로 파이버의 피복이 제거된 부분을 약 1분 동안 가열합니다.발전 중인 테이퍼(taper)가 손상되는 것을 방지하기 위해 화염은 완만해야 합니다. 화염을 계속 가하면서 1분이 지나면, 모터의 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 각 모터를 약 5 µm/s²의 일정한 가속도로 이동시키기 시작합니다. 둘째, 드로잉(drawing)이 시작되면 레이저 광원과 포토다이오드를 사용하여 테이퍼의 투과 상태를 모니터링합니다.웨이스트 직경이 1 µm 근처에 도달하면 IOD 간섭 패턴이 나타나고 빈도가 증가하다가 점차 사라질 것입니다. 이 시점에서 모터의 움직임과 화염을 즉시 중단하여 공진기에 빛을 결합시키고 공동의 agan 모드를 측정하십시오. 공진기와 파이버 테이퍼는 현미경 하에서 서로 가깝게 접근시켜야 합니다.현미경을 사용하여 공진기와 파이버 테이퍼의 상대적 위치를 모니터링하면서, 파이버 테이퍼 근처의 3축 PAO 제어 이송 스테이지에 공진기를 고정하십시오. 공진기를 테이퍼로부터 1 µm 미만의 거리까지 이동시킵니다. 거울을 이용하여 수직 위치와 기울기 각도를 조정하며 파이버와 공진기의 결합 상태를 테스트하십시오.테이퍼드 파이버(tapered fiber)를 가시광선 레이저 다이오드에 연결합니다. 결합이 효율적으로 이루어지면 공진기가 조명되어야 합니다. 효율적인 결합이 달성되면, 공진폭보다 더 좁은 선폭을 갖도록 정렬된 모드 홉 프리(mode hop free) 레이저로 가시광선 레이저 다이오드를 교체합니다.테이퍼의 반대쪽 끝은 오실로스코프에 연결된 포토다이오드에 입력되어야 합니다. 캐비티 내부에 빛이 들어오면, 그 강도는 시간에 따라 지수함수적으로 감소합니다. 이 특성 감쇄 시간을 광자 수명이라고 합니다.공진기의 에너지 저장 용량을 나타내는 중요한 척도는 광자 수명과 광자 각진동수의 곱으로 정의되는 품질 계수(quality factor)입니다. 품질 계수의 정확한 측정은 캐비티 링다운(cavity ring down) 실험을 통해 수행할 수 있습니다. 챔버 내에서 감쇠하는 공진광과 이후 시간의 디튜닝(de-tuned)된 빛 사이에 간섭이 발생할 만큼 충분히 빠르게 입력 레이저의 파장을 스윕하십시오.그 다음, 결합 품질 계수(coupling quality factor)를 최대화하기 위해 공진기와 테이퍼의 위치를 미세 조정합니다. 오실로스코프 트레이스를 가이드로 사용하여, 측정된 곡선을 피팅함으로써 품질 계수를 구합니다. 가변 레이저와 공진기 사이에 광증폭기를 삽입하여 비선형 효과를 확인할 수 있습니다.포토다이오드 오실로스코프 트레이스를 피드백으로 사용하여, 레이저를 공명에 가까운 입력 파장으로 튜닝하십시오. 이 시점에서 출력 파이버를 고해상도 광학 스펙트럼 분석기에 연결하십시오. 펌프 파장을 약간 디튜닝하면서 레이저 입력 전력을 높이십시오.펌프 피크의 양측에 새로운 주파수들이 나타날 것입니다. 이것이 바로 광 주파수 콤입니다. 투과도와 시간의 관계를 나타낸 이 그래프에서, 파란색 트레이스는 불화칼슘으로 제작된 위스퍼링 갤러리 모드 공진기에 대해 공동 링다운 기술을 사용하여 얻은 결과입니다.본 프로토콜의 방법을 통해, 빨간색 곡선은 $1.5 \times 10^9$의 고유 품질 계수(intrinsic quality factor)를 결정할 수 있는 피팅 곡선입니다. 이 데이터는 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 공진기에서 얻은 정밀한 광학 주파수 빗(optical frequency comb)을 보여줍니다. 중심 주파수는 입력 레이저의 주파수인 약 193.3 THz입니다.다른 스펙트럼 선들은 공진기 내의 비선형 상호작용에 의해 생성됩니다. 각 스펙트럼 선 사이의 주파수 간격은 공진기의 자유 스펙트럼 범위(free spectral range)에 해당하는 6 GHz입니다. 이 영상을 시청한 후, 여러분은 초고품질 계수(ultra HighQ) 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 공진기를 제작하는 방법, 테이퍼드 파이버(tapered fiber)를 사용하여 레이저 펌프에 결합하는 방법, 그리고 광 주파수 빗(optical frequency comb)을 생성하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.이러한 방법들은 비선형 매질 내에서 강하게 구속된 레이저 장에 의해 유도되는 기본적인 빛-물질 상호작용의 조사를 가능하게 하며, 광범위한 기술적 응용 분야의 탐색을 돕습니다. 본 절차를 수행하는 동안 마스크, 접착제 및 인증된 레이저 안전 고글과 같은 예방 조치를 취하는 것을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우리는 자유 서 microspheres 및 온칩 microtoroids 포함한 실리카 공진 충치를 조작하는 이산화탄소 레이저 reflow 기법의 사용을 설명합니다. reflow 메서드는 두 장치 사이 긴 광자 수명 있도록, 표면 결함을 제거합니다. 그 결과 디바이스는 통신에서 biodetection에 이르기까지 애플 리케이션을 가능하게, 초고 품질 요인이 있습니다.

실리카 초고 품질 팩터 Microresonators의 제작

높은 감도 광자 마이크로 센서는 전기장 감지하기 위해 개발되었습니다. 센서는 유전체 영역의 광학 모드를 이용하는. 외부 전기장 교란의 광학 모드의 변화로 이어지는 영역의 형태의 변화. 전기장 강도는 이러한 광학 변화를 모니터링하여 측정됩니다.

갤러리 모드 고분자 마이크로 광 전기장 센서 글린의 개발

광자 크리스탈 느린 빛 waveguides와 충치의 사용하는 것은 널리 많은 서로 다른 응용 프로그램에서 포토닉스 커뮤니티에 의해 채택되었습니다. 이러한 장치의 따라서 제조 및 특성 좋은 관심입니다. 간섭 (waveguides)와 공진 산란 (충치) :이 논문은 즉 우리의 제조 기술과 두 광 특성화 방법을 설명합니다.

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

형광 코어 microcavity 센서는 실리카 microcapillaries의 채널에 높은 지수 양자 점 코팅을 채용하고 있습니다. 모세관 채널 원인으로 펌프 유체의 굴절률의 변화는 채널 매체를 분석하는 데 사용할 수있는 microcavity의 형광 스펙트럼에 주던 사람이야.

Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

nanodetection 대​​한 바람직하지 않은 레이저 지터 노이즈를 제거하도록 설계 기준 간섭계 기술은, 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 프로빙에 이용된다. 어셈블리, 설정 및 데이터 수집을위한 지침은 캐비티 품질 계수를 특정하기위한 측정 과정과 함께 제공된다.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

파라메트릭 광기계 여기(parametric optomechanical excitations)는 최근 광학 방사선 압력과 자극된 브릴루인 산란(Brillouin scattering)을 통해 미세유체 광기계 공진기에서 실험적으로 입증되었습니다. 이 논문은 이러한 미세유체 공진기의 제작과 함께 광기계적 진동을 생성하고 검증하는 방법론에 대해 설명합니다.

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

무질서 구조는 기능 결함 설계에서 광 밴드 갭 전례없는 자유를 형성하기위한 새로운 메커니즘을 제공합니다. 무질서 시스템의 계산 문제를 회피하기 위해, 우리는 PBG 재료의 새로운 클래스의 모듈 형 거시적 샘플을 구성하고 쉽고 저렴한 방법으로 자신의 규모 불변 광 특성을 특성화하기 위해 전자 레인지를 사용합니다.

무질서 광 밴드 갭 (photonic bandgap) 재료의 광자 속성을 연구에 전자 레인지 및 유전체 고체의 육안 샘플을 사용하여

3 차 광학 비선형 감수성과 관련된 비선형 현상의 효율적인 생성 Χ (3) 삼중 공진 실리카 마이크로 스피어의 상호 작용이 논문에 제시되어있다. 보고 여기의 상호 작용은 다음과 같습니다 자극 된 라만 산란 (SRS) 및 자극 된 안티 - 스톡스 라만 산란 (SARS)를 포함하는 네 개의 파 혼합 처리합니다.

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

직접 및 트랩 매개 재결합 역학을 조사하고 박막 반도체의 캐리어 이동성을 결정하기 위한 시간 분해 마이크로파 전도성 기술이 여기에 제시되어 있습니다.

시간 해결 전자 전도도를 통해 박막 태양 광 재료의 재조합 역학

폴리머로부터 마이크로 스피어 합성, 마이크로 스피어 조작 및 마이크로 포토 루미 네 슨 측정을위한 프로토콜이 제시됩니다.

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배우세요 초고Q 갤러리 모드 공진기를 이용한 마이크로파 포토닉스 시스템 구축 방법을. 연마 및 광섬유 테이퍼 커플링 기술로 광주파수 빗을 생성하는 프로토콜을 익히세요.

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

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