Name: Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: 배우세요 실리카 미세구형 위스퍼링 갤러리 모드 공진기를 이용한 새로운 광학 주파수 생성 방법을. 비선형 광학 상호작용과 고품질 인자 특성을 활용한 컴팩트 레이저 소스 및 생화학 센싱 응용 분야 연구에 활용됩니다.

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Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi
Ente Cassa di Risparmio di Firenze (번호 2014.0770A2202.8861)

품질 마이크로 스피어의 초고 요인 1. 제작 <ol><li> 광학 스트리퍼를 사용하여 아크릴 코팅 오프 표준 단일 모드 (SMF) 실리카 섬유의 약 1-2cm를 제거. </li><li> 아세톤으로 제거 부분을 청소하고 절단. </li><li> 융착 접속기의 일 아암의 절단 끝 도입 플라이 컨트롤러를 사용하는 전기 아크 방전의 시리즈를 생성한다. , 플라이 컨트롤러 메뉴에서 &quot;수동 조작&quot;을 선택 아크 전력 레벨에 대한 값을 설정하고 각각 60와 800 밀리 초에 기간을 호; &quot;호&quot;를 선택하고 하단의 &quot;+&quot;를 누릅니다. </li><li> 구 모양을 복용하면, 중지 90 °로 섬유를 회전 단계 1.3를 반복합니다. </li><li> 반복 단계 1.3 적어도 4 회 약 160 ㎛의 미세 구를 얻는다. 약 260 ㎛의 미세을 얻기 위해 16 번 반복합니다. 주 : 전기 아크 방전이 석영 유리를 융해하는 데 필요한 높은 용융 온도를 생성한다. SURFAC전자 장력은 mollified 섬유 끝에서 회전 타원체를 그릴 것입니다; 이 19도 1에서 알 수있는 바와 같이 구체의 크기는 약 350 ㎛의 직경에 포화 아크 쇼트 수에 정비례한다. 회전은 공진기의 구형을 보장한다. </li></ol> 2. 테이퍼 섬유 그리기 주 : 테이퍼 섬유도 microresonators으로 광을 결합하기위한 필요하다. 마이크로 스피어의 크기는 테이퍼의 허리를 결정할 것이다. 구형 직경 125 ㎛의보다 큰 경우, 테이퍼의 직경은 약 3-4 ㎛ 인 일 수있다. 작은 것 들어, 테이퍼의 직경이 작아야 1-2 μm의 말한다. 로우 레벨의 손실을 유지하고 테이퍼 섹션의 단지 하나의 모드 (기본 하나)을 갖기 위해, 테이퍼 단열 (가는 직경과 두께에서 점진적)이어야한다. 단열 테이퍼 부분의 전형적인 전체 길이는 약 2cm입니다. Figu이 재 섬유 당기는 홈 만들어진 장치를 나타내고,도 3a는 일반적인 허리 영역의 microphoto를 나타낸다. <ol><li> 스트립 3-4 광 스트리퍼를 사용하여 아크릴 코팅 오프 표준 단일 모드 (SMF) 실리카 섬유 cm, 및 섬유 레이저 (입력) 및 파워 미터 (출력)에 종료 연결합니다. 스트리핑 영역이없는 한 끝에, 섬유의 중간에 약 있는지 확인합니다. 섬유 레이저와 파워 미터에 종료 연결할 수하기 위해 베어 섬유 터미네이터를 사용합니다. 레이저와 워크 벤치의 상단에 전원 측정기를 놓습니다. </li><li> 짧은 알루미나 실린더 내부의 제거 섬유 및 당기는 과정에서 동시에 작동이 번역 단계에 섬유의 코팅 끝을 놓습니다. </li><li> 실리카의 융점 (약 2100 ℃)에 가까운 온도로 산소 - 부탄 불꽃에 의해 알루미늄 실린더 (즉 오븐 역할) 가열한다. </li><li> obse에서 테이퍼의 adiabaticity을 추론635 nm에서 동작하는 레이저 광의 전송 rvation. 어떤 모드 스크램블링하지가 발생하는 것을 나타내는, 테이퍼 동안 출력에서​​ 균일 한 원형 반점이 보존되어 있는지 확인합니다. 당기 중지하고 전송 전력이 진동을 중지하고, 시간이 지남에 따라 일정 할 때 불꽃을 은퇴. </li><li> 테이퍼를 수용하는 U 형태의 형상을 현미경 유리 슬라이드에 테이퍼 광섬유 접착제 (도 3b 참조). 차원 76x26x1.2 mm의 현미경 유리 슬라이드를 사용합니다. </li></ol> 작은 마이크로 스피어 3. 제작 참고 : 입은 표준 섬유의 크기 아래에 직경이 작은 미소가 섬유의 이전 테이퍼가 필요합니다. 이 방법을 이용하여 얻어진 최소 직경은 대략 25 μm의 것이다. <ol><li> (2) 다음으로,이 휴식까지 당겨, 테이퍼 섬유를 그립니다. </li><li> 플라이 공동의 값을 수정, 섹션 1 (UHQ 마이크로 스피어의 제조)하지만, 단계 1.3의 모든 단계를 수행ntroller으로는 다음과 같습니다 아크 전원 (20), 아크 기간 1,200 밀리 초. </li></ol> 미세 구에 4 커플 링 라이트 참고 : 우리는 마이크로 스피어에 몇 가지 빛에 테이퍼를 사용하여 마이크로 공진기의 공진을 측정한다. <ol><li> 4.1. 중간에 채널을 가진 T 모양의 PVC / 알루미늄 홀더를 준비합니다. 홀더에 스카치 매직이나 종이 접착 테이프의 조각으로 마이크로 스피어의 잔류 섬유 줄기를 수정합니다. 압전 액츄에이터 및 20 nm의 위치 해상도로 번역 단계로 두 개의 나사와 홀더를 클램프. </li><li> 미세 구 섬유 줄기에 수직으로 위치 슬라이드 평면과 다른 번역 단계로 유리 슬라이드에 붙어 테이퍼를 수정합니다. 종료 화이버에 테이퍼 단부 스플 라이스. 한 파장 가변 다이오드 레이저 단부와의 InGaAs 광 다이오드 검출기에 다른 하나를 연결합니다. </li><li> 공동 긴 작동 거리 (&gt; 20mm)과 현미경 튜브를 사용테이퍼 및 미세 사이의 간격을 ntrol. 마이크로 스피어의 적도에 대하여 테이퍼를 제어 할 수있는 위치되도록 튜브 방향에 대하여 반대 방향의 위치에 4​​5 ° 미러 시스템을 모니터하기 위해. <ol><li> 테이퍼 섬유와 접촉 마이크로 스피어의 적도를 놓습니다. </li></ol></li><li> 레이저의 전원을 켜고 오실로스코프의 미세 테이퍼 시스템의 전송 스펙트럼을 확인합니다. <ol><li> 공진이 나타날 때까지 조정은 CW 레이저는 1550 nm에서 동작. 로렌츠 스펙트럼에서 딥 모양으로 공진이 식별 될 수있다. </li></ol></li><li> 공진 선폭합니다 (로렌 시안 모양의 딥의 전체 폭의 절반 최대)를 측정한다. 공진 선폭 나눈 펌프의 주파수와 Q 팩터를 계산한다. </li><li> 상기 구 및 테이퍼 사이의 갭을 ​​증가 증가 / 커플 링 효율을 감소시키는 공진의 폭과 깊이를 모두 변경 / 줄인다. </li></ol><p클래스 = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. 자극 라만 산란 <ol><li> 1,550 nm의 감쇠기에서 동작 CW 레이저와 어븀 첨가 광섬유 증폭기 (EDFA)를 삽입합니다. EDFA는 1,530-1,570 나노 미터의 파장 범위에서 작동합니다. . 이것은 높은 입력 전력을 2 W. 비선형 효과의 최대 출력 전력을 필요 도달하는 레이저 출력을 높일 것 (4)는 실험 장치의 스케치를 나타낸다 참고. </li><li> 3 dBm의 스플리터에 종료 광섬유 케이블 테이퍼의 한쪽 끝을 연결합니다. 광 스펙트럼 분석기 및 오실로스코프에 연결된 광 검출기에 대한 다른 하나의 스플리터 출력 섬유 중 하나를 연결한다. </li><li> 레이저의 파장 스캔 속도에 필적하는 열 드리프트와 공진까지 조정 낮은 주파수 높은에서 레이저가 발견된다. 열 셀프 로크 (20)가 달성 될 때 공진의 폭이 넓어 오실로스코프에서 볼 수있다. </li><li> 테이퍼 통해 송신 출력 전력을 점검광 스펙트럼 분석기로. 라만 레이저 라인이 나타날 때까지 전원을 늘립니다. 그것은 약 13.5 테라 헤르츠에서 펌프 파장에서 이조된다. </li></ol>

<ol><li>Kozyreff, G., Dominguez-Juarez, J. L., Martorell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non+linear+optics+in+spheres%3A+from+second+harmonic+scattering+to+quasi-phase+matched+generation+in+whispering+gallery+modes%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+Photon.+Rev%22%5BJournal%5D)">Non linear optics in spheres: from second harmonic scattering to quasi-phase matched generation in whispering gallery modes.</a> Laser Photon. Rev. 5 (6), (2011).</li>
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<li>Brenci, M., Calzolai, R., Cosi, F., Nunzi Conti, G., Pelli, S., Righini, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microspherical+resonators+for+biophotonic+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Microspherical resonators for biophotonic sensors.</a> Proc. SPIE. 6158, 61580S(2006).</li>
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<li>Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Min, B., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+and+experimental+study+of+stimulated+and+cascaded+Raman+scattering+in+ultrahigh+Q+optical+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sel.+Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Theoretical and experimental study of stimulated and cascaded Raman scattering in ultrahigh Q optical microcavities.</a> J. Sel. Quantum Electron. 10 (5), 1219-1228 (2004).</li>
<li>Bloembergen, N., Shen, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+between+vibrations+and+light+waves+in+Raman+laser+media%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Coupling between vibrations and light waves in Raman laser media.</a> Phys. Rev. Lett. 12 (18), 504-507 (1964).</li>
<li>Gorodestky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rayleigh+scattering+in+high+Q+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">Rayleigh scattering in high Q microspheres.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).</li>
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<li>Ozdemir, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive+detection+of+nanoparticle+with+a+self+referenced+and+self-heterodyned+whispering+gallery+Raman+microlaser%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive detection of nanoparticle with a self referenced and self-heterodyned whispering gallery Raman microlaser.</a> Proc. Natl. Acad. Sci USA. 11 (37), E3836-E3844 (2014).</li>
</ol>

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다. D.F.는 파르마 대학교의 박사 과정 학생입니다.

마이크로 컴팩트하고 효율적인 비선형 발진기 그리고 그들은 제조 및 취급이 매우 용이하다. 테이퍼 섬유 커플 링 공진기 /로부터의 광을 추출하기 위해 사용될 수있다. 95 %까지의 공진 대비 약 3 × 108의 Q 인자를 얻을 수있다. 이러한 제조 기술의 주요 제한은 대량 생산과 통합된다. 섬유의 청결도가 미세하고 테이퍼 모두에게 중요하다 습도 등이다. 두 디바이스는 오래 지속 실험실 생활 건조한 환경에서 보관해야합니다. 매우 얇은 테이퍼는 연약; 결합하면 큰주의를 기울여야합니다. Q 값에 대해서는, 미세 구 크기는 중요 할 수있다. 50 ~ 500 μm의에 이르기까지 직경 미소에서, Q의 10 10를 초과하는 진공 23에서 설명하고있다. 마이크로 스피어의 고유 Q는 손실 여러 종류의 기여에 의해 결정됩니다 고유의 곡률손실 (Q의 RAD) 잔류 표면 불균일성의 라만 산란 및 레일리 산...

속삭이는 갤러리 모드 공진기 (WGMR)는 비선형 현상 1-3의 임계 값의 감소를 수있는 두 가지 독특한 특성, 긴 광자 수명과 작은 모드 볼륨을 보여줍니다. 위스퍼 링 갤러리 모드는 내부 전반사에 의해 층간 무선 인터페이스에 한정되는 광 모드이다. 상기 시간 제한은 상기 캐비티의 품질 팩터 Q와 관련되는 반면 작은 모드 볼륨은 높은 공간 구속에 기인한다. WGMR 다른 형상을 가질 수 있고, 높은 Q의 공진기를 높은 품질 요소로 변환 원자 규모 거칠기 근처 실리카 미립자 전시 등 4-6 표면 장력 공동을 얻기위한 적합한 다른 제조 기술이있다. 감금의 두 가지 유형이 크게 인해 WGMR 내부의 강한 에너지 축적에 비선형 효과에 대한 임계 값을 줄일 수 있습니다. 또한 연속파 (CW) 비선형 광학 수 있습니다. WGMR는 일을 사용하여 설명 할 수있다수소 원자 7 강한 유사 전자 양자 숫자 N, L, m 및 편광 상태. 구형 대칭은 반경 방향 및 각도 의존성에서 분리 할 수​​ 있습니다. 반경 방향 용액은 베셀 함수, 구형 고조파 (8)에 의해 각 사람에 의해 주어진다. 실리카 유리 그러므로, Χ 관련 2 차 현상이 (2) 상호 작용이 금지되어, 중심 대칭입니다. 마이크로 스피어의 표면에, 대칭 반전 끊어지고 Χ (2) 현상은 제 1 관찰 할 수있다. 그렇지만, 2 차 주파수 발생에 대한 위상 정합 조건이 포함 된 파장이 상당히 상이하고, 분산액의 역할이 매우 중요 할 수 때문에 특히, 3 차 주파수 발생에 상응하는보다 문제가있다. 2 차 상호 작용은 매우 약하다. 반면 생에 대한 Q 3 생성 된 전력 저울번째 순서의 상호 작용을 Q 4 생성 된 전력 규모. 9 이러한 이유로,이 작품의 초점은 3 차 광학 비선형 감수성 Χ (3) 자극 된 라만 산란 (SRS) 및 자극 된 Antistokes 라만 산란 등의 상호 작용 (SARS)입니다 , SARS 덜 탐구 상호 작용 10, 11을 주도했습니다. 장 12 Campillo은 (13)는 매우 비선형 WGMR 같은 물질하지만, 펌프 레이저 대신 CW의 펄스 한 방울을 사용하여 비선형 현상의 연구를 개척했다. 실리카 마이크로 스피어 14,10 및 microtoroids (15)은 지난 수십 년에 많은 관심을 얻고, 미세 물방울에 비해보다 안정적이고 강력한 플랫폼을 제공했다. 특히, 실리카 마이크로 스피어는 제조 및 취급이 매우 용이하다. SRS는 임계치에 도달하면 충분하기 때문에 쉽게 실리카 WGMR 14,15으로 달성 될 수있는 순수한 이득 공정이다. 이 경우, 높은 circulatiWGMR 내부 강도를 ng를하는 라만 레이저 발진을 보장하지만, 파라 메트릭 진동을 위해 충분하지 않습니다. 이 경우, 효율적인 진동 위상 및 모드 매칭, 에너지와 운동량 보존 법칙과 모든 공진 모드의 좋은 공간 중복 16-18을 충족 할 필요합니다. 이것은 일반적으로 SARS 및 FWM의 경우입니다.

<table><tbody><tr><td>광섬유</td><td>코닝</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>섬유 코팅 스트리퍼</td><td>Thorlabs</td><td>T06S13</td><td>다른 공급업체에서도 사용 가능</td></tr><tr><td>파이버 절단기</td><td>Fitel</td><td>S325A</td><td>다른 공급업체에서도 사용</td></tr> 가능 <tr><td>융합 접속기</td><td>Furakawa</td><td>S177A-1R</td><td>다른 공급업체에서도 사용</td></tr> 가능 <tr><td>부탄 및 산소 가스</td><td>해당 없음</td><td></td><td>모든 공급 업체</td></tr><tr><td>현미경 튜브</td><td>Navitar</td><td>Zoom 6000</td><td>모듈러 키트</td></tr><tr><td>CCD 카메라</td><td>해당 없음</td><td></td><td></td></tr><tr><td>없음 모니터</td><td>없음</td><td>없음</td><td>모든 모니터가 유효</td></tr><tr><td>3축 스테이지</td><td>PI 기기, Thorlabs, Melles</td><td></td><td></td></tr><tr><td>다양한 게시물 및 마운트</td><td>Thorlabs</td><td></td><td>다른 공급업체에서도 사용 가능</td></tr><tr><td>편광 제어</td><td>Thorlabs</td><td>FPC030</td><td></td></tr><tr><td>감쇠기</td><td>Throlabs</td><td>VOA50</td><td></td></tr><tr><td>포토다이오드</td><td>Thorlabs</td><td>PDA400</td><td>단종, PDA10CS-EC</td></tr><tr><td>오실로스코프</td><td>Tektronix</td><td>DPO7104</td><td></td></tr><tr><td>광 스펙트럼 분석기</td><td>Ando</td><td>AQ6317B</td><td></td></tr><tr><td>Erbium Doped Fiber Amplifier</td><td>IPG로 대체됨 포토닉스</td><td>EAD-2K-C</td><td></td></tr><tr><td>조정 가능한 레이저</td><td>Yenista</td><td>TUNICS</td><td></td></tr></tbody></table>

microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 antistokes 라만 산란

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

유전체 미소는 높은 품질 계수 속삭이는 갤러리 모드를 통해 시간의 길이 (WGM)에 대한 빛과 소리를 한정 할 수 있습니다. 소형 레이저 소스, 고감도 생화학 센서 및 비선형 현상 : 유리 마이크로 스피어는 응용 프로그램의 거대한 다양한 에너지의 저장소로 생각 될 수있다. 미세과 커플 링 시스템 모두의 제조를위한 프로토콜이 제공됩니다. 여기에 기술 된 커플러는 테이퍼 섬유이다. 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. 캐비티 강화 현상의 방지가 펌프 신호 및 아이들러 간의 상관 관계의 부족으로 주어진다 공진 모드는 쌍을 획득하기 위해 존재해야신호 및 아이들러의. hyperparametric 진동의 경우 (사 광파 혼합과 자극 반 스톡스 라만 산란)에서, 모드는 에너지와 운동량 보존을 수행하고, 마지막으로를, 좋은 공간 중복이 있어야합니다.

미소 구체의 Q 인자 프로토콜이 상기 큰 직경이 108 (도 5) (&gt; 200 μm의) 초과 작은 직경이 106 (&lt;50 μm의) 초과 다음 제조. (중요 커플 링에 가까운) 95 % 이상 공명 대비가 쉽게 관찰 할 수있다. 고 순환 농도의 경우, 적외선 영역에서의 다음의 비선형 효과가 관찰 될 수있다 : (SRS)를 라만 산란 자극, SRS 21 캐스케이드 반 스톡스 라만 산란 (SARS) 및 사 광파 혼합 (FWM)를 자극 FWM 변성. 라만 이득은, 동일한 방법으로 앞으로 여행 빛과 역방향을 증폭 SRS에 대한 서 파도를 생성하고 SRS 캐스케이드. FWM 쌍은 파도를 여행. 측정의 일례는도 6 및도 7에서 볼 수있다. <p class="jove_content" fo:keep-together.wit...

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

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

본 절차의 전반적인 목표는 소형 레이저 광원부터 생화학적 센싱에 이르는 광학 및 포토닉스 응용 분야를 위해 실리카 마이크로 구형 위스퍼링 갤러리 모드(whispering-gallery-mode) 공진기를 사용하여 새로운 광주파수를 생성하는 것입니다. 위스퍼링 갤러리 모드 마이크로 공진기 내에서 빛은 강력한 공간적 가둠과 긴 공동 수명의 독특한 조합으로 안내될 수 있습니다. 낮은 손실은 높은 품질 계수(quality factor)를 보장합니다.이러한 공진기는 비선형 광학 상호작용에 매우 적합합니다. 특히, 실리카 마이크로스피어는 연속파 소형, 좁은 선폭 및 가변 파장 광원을 위한 주파수 생성기로서 큰 잠재력을 보여줍니다. 마이크로스피어 제작에 융합 기술을 사용하는 이유는 낮은 산란 손실을 달성할 수 있으며, 결과적으로 매우 높은 품질 계수를 얻을 수 있기 때문입니다.우리는 마이크로구체에 빛을 결합시키기 위해 자체 제작한 테이퍼 파이버를 사용했습니다. 높은 결합 효율과 높은 캐비티 빌드업 계수는 낮은 연속파 펌프 전력으로도 비선형 커 효과를 유발할 수 있습니다. 테이퍼 제작 과정의 시연은 저희 실험실의 기술자인 Franco Cosi가 맡을 예정입니다.마이크로스피어를 제작하려면 먼저 작업에 사용할 일정 길이의 광섬유를 준비하십시오. 싱글모드 실리카 광섬유를 사용하여 마이크로스피어를 제작하는 데 필요한 장비를 준비합니다. 여기에는 광섬유, 아세톤, 광섬유 코팅 스트리퍼 및 광섬유 절단기가 포함됩니다.또한, 융착 접속기를 준비하십시오. 스트리퍼를 사용하여 광섬유 끝부분의 아크릴 코팅을 약 1-2 cm 제거합니다. 그 다음, 깨끗한 와이프와 아세톤으로 피복이 제거된 부분을 닦아냅니다.광섬유의 끝부분을 광섬유 절단기에 넣고 절단하여 스트리핑된 부분을 분리합니다. 절단기에서 절단된 광섬유를 수거합니다. 광섬유 팁을 융착 접속기로 이동시킵니다.그곳에 파이버를 배치하고 제조사의 지침에 따라 고정합니다. 커버를 닫고 아크 전력과 아크 지속 시간이 정확한지 확인한 후, 아크를 시작합니다. 디스플레이를 통해 진행 상황을 모니터링하십시오.아크가 유리를 녹이면 표면 장력으로 인해 파이버 모양이 구형으로 형성되기 시작합니다. 구형이 형성되기 시작하면 아크를 멈추고 커버를 엽니다. 홀더에 있는 파이버를 꺼내 구형 모양을 유지하도록 90도 회전시킨 다음, 파이버를 다시 고정합니다.덮개를 닫고 아크를 다시 시작합니다. 5~10분 동안 이러한 90도 회전을 최소 3회 수행하면 약 160 µm의 마이크로구체가 생성됩니다. 마이크로구체와 그 섬유 줄기를 제거할 때, 이를 즉시 보관하거나 하루 이내에 사용할 수 있도록 준비하십시오.이 T자형 홀더는 광 결합 실험에 사용할 수 있도록 이동 스테이지에 장착 가능합니다. 홀더 중앙에는 마이크로스피어의 파이버 스템을 위한 채널이 있습니다. 마이크로스피어가 홀더 위로 가려지지 않도록 마이크로스피어의 남은 스템 끝부분을 채널에 배치하십시오.투명 테이프로 줄기를 고정합니다. 이제 마이크로구체에 빛을 결합시키기 위해 테이퍼드 파이버(tapered fiber)를 제작합니다. 이를 위해서는 파이버 끝단을 천천히 당길 수 있는 장치가 필요합니다.싱글모드 실리카 광섬유를 준비하고 그 중간 지점을 확인합니다. 광섬유 코팅 제거기를 사용하여 이 지점을 중심으로 약 3-4cm의 코팅을 제거합니다. 제거가 완료되면, 가열로 역할을 할 알루미나 실린더를 코팅이 제거된 광섬유 부분에 끼웁니다.다음으로, 베어 파이버 터미네이터(bare fiber terminator)를 사용하여 광섬유의 한쪽 끝을 635 nanometers에서 작동 가능한 레이저에 연결합니다. 광섬유의 다른 쪽 끝은 파워 미터에 연결합니다. 광섬유가 배치되면, 산소-부탄 화염을 사용하여 알루미나 실린더를 실리카의 녹는점인 약 2,100 degrees Celsius에 가까운 온도로 가열하도록 준비합니다.파이버 풀러를 작동시켜 양 끝단이 서로 천천히 멀어지게 합니다. 635 nanometer 레이저를 켠 상태에서 파워미터로 파이버를 통해 전달되는 출력을 모니터링합니다. 변화하는 값은 테이퍼링이 진행 중임을 나타냅니다.이 시점에서 파이버를 당기는 것을 멈추고 불꽃을 끕니다. 간혹 파워 미터 입력단에서 파이버를 분리하여 빔 카드에 파이버 출력을 투영함으로써, 테이퍼링 과정 동안 균일한 원형 스폿이 유지되는지 확인하십시오. 실린더를 포함한 모든 장비에서 파이버를 분리한 후에 작업을 수행하십시오.U자 형태로 절단된 유리 현미경 슬라이드를 파이버의 테이퍼 부근에 배치합니다. 다음으로, 테이퍼 부분이 U자 중앙에 오도록 파이버를 슬라이드 위에 놓습니다. 파이버를 팽팽하게 유지한 상태에서 파이버와 슬라이드가 겹치는 부분에 접착제를 도포하여 파이버를 고정합니다. 이제 테이퍼드 파이버를 사용하여 마이크로스피어에 빛을 결합할 준비를 합니다.이를 위해 마이크로구체와 테이퍼드 파이버에 각각 별도의 이동 스테이지를 사용하십시오. 압전 액추에이터가 장착된 스테이지에 마이크로구체가 위를 향하도록 마이크로구체가 고정된 T자형 홀더를 장착하십시오. 다른 이동 스테이지에는 파이버가 마이크로구체 파이버 줄기에 수직이 되도록 파이버가 놓인 유리 슬라이드를 장착하십시오.종단 처리된 광섬유 케이블을 사용하여 테이퍼 광섬유의 한쪽 끝을 가변 다이오드 레이저에 연결합니다. 다른 쪽 끝은 인듐-갈륨-비소 광다이오드 검출기에 연결합니다. 이제 마이크로구체와 테이퍼 사이의 간격을 관찰하는 데 사용할 현미경 경통 아래에 두 개의 이동 스테이지를 배치합니다.파이버 테이퍼와 마이크로스피어가 이동 스테이지의 이동 거리 내에 위치하도록 두 장치를 배치해야 합니다. 또한, 테이퍼의 수직 위치를 모니터링하기 위해 현미경 튜브에 대해 45도 각도로 거울을 배치하십시오. 이동 스테이지와 현미경 튜브의 피드백을 이용하여 마이크로스피어의 위치를 잡으십시오.목표는 마이크로스피어의 적도가 테이퍼와 접촉하도록 하는 것입니다. 접촉이 완료되면 연속파 레이저를 켜고 오실로스코프로 투과 스펙트럼을 모니터링하십시오. 스펙트럼에 공진으로 인한 로렌츠 모양의 딥(dip)이 나타날 때까지 레이저를 튜닝하십시오.공진 선폭을 측정하고 품질 계수를 계산하십시오. 테이퍼와 구체 사이의 간격에 따른 결합 효율을 탐구하여 실험을 계속하십시오. 비선형 효과를 유도할 수 있는 우수한 공진을 찾기 위해서는 광섬유 결합이 매우 중요합니다.양호한 공명은 폭이 좁고, 낮은 출력에서도 높은 대비를 나타냅니다. 유도 라만 산란을 구현하기 위해 장치를 준비하십시오. 15,015 nm에서 작동하는 가변 파장 다이오드 레이저의 빛이 테이퍼드 광섬유로 들어갑니다.레이저 이후에는 비선형 효과를 달성하기 위해 레이저 출력을 높여주는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기가 있습니다. 다음으로 감쇠기와 인라인 광섬유 편광자가 이어집니다. 그 후 빛은 마이크로스피어에 결합된 테이퍼를 통과합니다.마이크로스피어를 통과한 후, 3-dBm 스플리터가 있습니다. 스플리터의 출력단 중 하나는 광스펙트럼 분석기로 연결됩니다. 다른 하나는 오실로스코프에 연결된 광검출기로 연결됩니다.열적 자기 잠금(thermal self-locking)을 달성하기 위해 레이저를 고주파수에서 저주파수 방향으로 튜닝하십시오. 오실로스코프에서 파장 스캔 속도와 유사한 열 드리프트(thermal drift)가 발생하는 공명 상태를 관찰하십시오. 열적 자기 잠금이 이루어지면 공명 폭이 넓어집니다.광학 스펙트럼 분석기로 전달되는 출력 전력을 확인하십시오. 라만 레이저 라인이 나타날 때까지 감쇠기를 조절하여 전력을 높이십시오. 라만 레이저 라인은 펌프 파장에서 약 13.5 terahertz만큼 디튜닝되어 있습니다.이것은 약 1,547 nm에서 펌핑된 직경 50 µm 마이크로구체의 측정 결과입니다. 펌프 파장의 양측으로 약 13 nm 떨어진 곳에 두 개의 4광자 혼합(four-wave mixing) 선이 나타납니다. 두 개의 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering) 선은 약 1,610 nm와 1,710 nm에서 관찰됩니다.98nm 구체에 대한 측정에서도 유사한 결과가 나타났습니다. 이 경우, 펌프 피크는 1,551nm에 위치합니다. 유도 라만 산란선은 1,646nm를 중심으로 형성됩니다.자극 안티스토크스 라만 산란선은 약 1, 452 nanometers에서 중심을 이룹니다. 자극 안티스토크스 선 근처의 대칭선들은 축퇴 4파 혼합에 의해 발생한 것입니다. 라만 콘은 1, 666 nanometers에서 중심을 이룹니다.지름 40 µm 마이크로구체에서 얻은 이 스펙트럼은 주파수가 공동 모드와 공명하고 펌프 및 유도 스토크스 신호와 위상 정합될 때 유도 안티스토크스 증폭이 일어남을 보여주는 증거를 제공합니다. 펌프 주파수는 1,540 nm, 스토크스 선은 1,630 nm, 안티스토크스 선은 1,460 nm입니다. 65 µm 마이크로구체에서 얻은 이 스펙트럼은 유도 안티스토크스 대비 유도 스토크스 산란 비율이 1에 가깝습니다.펌프 주파수는 1, 572 nanometers, 스토크스 선은 1, 640 nanometers, 안티스토크스 선은 1, 490 nanometers에 중심을 둡니다. 이 영상을 시청한 후, 여러분은 고-Q 실리카 마이크로스피어를 제작하는 방법, 파이버 테이퍼를 인발하는 방법, 그리고 기본 광-물질 상호작용을 연구하기 위해 마이크로 공진기에 빛을 효율적으로 결합하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 유전체 마이크로스피어는 현대 광학에서 매우 중요한 역할을 하는 광학 플랫폼입니다.이들은 매우 작은 부피 내에서 빛을 장시간 가둘 수 있는 능력 덕분에 CW 비선형 주파수 변환에 활용될 수 있습니다. 입증된 마이크로 공진기 기술은 바이오센싱 분야에서도 효과적으로 활용될 수 있으며, 저희 연구 그룹은 이 분야에서 우수한 성과를 거두고 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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

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

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.

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

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.

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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.

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소재 분석에 대 한 고속 연속파 자극된 브 릴 루 앵 산란 분 광 계

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

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이 원고에서, 레이저 스캐닝 현미경과 SRS 실험 설정의 통합에 의해 얻어진 자극된 라만 산란(SRS) 현미경의 구현이 설명된다. SRS 현미경은 두 개의 펨토초(fs) 레이저 소스, Ti-Sapphire(Ti:Sa) 및 동기화된 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 기반으로 합니다.

자극된 라만 산란을 기반으로 한 비선형 현미경 구현

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우리는 광대역 자극 라만 산란 (SRS) 현미경으로 화학 이미지를 획득하기위한 프로토콜을 제시합니다. 차등 다중 채널 잠금 검출로 작동하는 SRS 현미경을 기반으로 하는 프로토콜은 시료 준비, SRS 장치의 조정 및 화학적으로 이질적인 샘플의 서로 다른 구성 요소를 분리하기 위한 화학측정법을 설명합니다.

광대역 자극 라만 산란 현미경을 기반으로 한 멀티플렉스 화학 이미징

배우세요 실리카 미세구형 위스퍼링 갤러리 모드 공진기를 이용한 새로운 광학 주파수 생성 방법을. 비선형 광학 상호작용과 고품질 인자 특성을 활용한 컴팩트 레이저 소스 및 생화학 센싱 응용 분야 연구에 활용됩니다.

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

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