Magnetron Fotonica Systemen op basis van Whispering-gallery-mode resonatoren

Het algemene doel van deze procedure is om optische frequentiekammen te genereren met behulp van Whispering Gallery-modus, schijfresonatoren voor microgolffotonische toepassingen. De eerste stap is om de rand van een kristallijne schijf te slijpen en te polijsten tot de schaal van de oppervlakteruwheid sub nanometer is. De tweede stap is om deze oppervlakte ruwheid te meten met behulp van een AAU interferometer microscoop.

Vervolgens wordt een enkelvoudige optische vezel getrokken terwijl deze verwarmd wordt met een brander om een taps toelopende vezel met een diameter in de micrometer te verkrijgen. De laatste stap is om de taps toelopende vezel te gebruiken om laserlicht in de schijfresonator te koppelen en een Whispering Gallery-modus te exciteren waarvan de lichtweg overeenkomt met een geheel getal van totale interne reflecties. Uiteindelijk wordt het pompvermogen verhoogd en worden andere Whispering Gallery-modi geëxciteerd via de zorg non-lineariteit.

Dit leidt tot korte pulsen in het tijdsdomein en een frequentiekam in het frequentiedomein. De test met behulp van een mechanisch gepolijste gekristalliseerde schijf is dat het mogelijk is om een zeer hoge oppervlaktekwaliteit te bereiken met een kleine interne absorptie. De oppervlaktekwaliteit kan nauwkeurig worden gemeten met behulp van een aangepaste optische profilometer en de gerelateerde C-factor wordt gebruikt met behulp van de cavi-methoden om het licht in de schijforigenatoren te lanceren.

We gebruiken typevezels die in ons lab zijn vervaardigd. In tegenstelling tot andere methoden. Typevezels bieden de zeer hoge koppelingsefficiëntie die nodig is om niet-lineaire effecten te activeren.

Bij laag pompvermogen induceert de zorg non-lineariteit nieuwe frequenties bij voldoende hoog laservermogen, wat leidt tot een optische frequentiekolom. Voor fase-gecorreleerde frequenties kunnen betrouwbare microgolven worden gegenereerd, die we gebruiken voor fotonische toepassingen. De eerste stap in dit protocol is om een resonator te produceren.

Begin met een optisch venster van kristallijn magnesiumfluoride of calciumfluoride. Hier wordt een schijf van calciumfluoride met een diameter van zes millimeter gebruikt. De kristallijne schijf wordt gevormd en gepolijst op een polijsttoren zoals degene die voor dit experiment is aangemaakt.

Steek monsters in deze polijsttoren op een staaf die wordt vastgehouden door de spindelmotorlijm, het uiteinde van de staaf naar het centrum van de kristallijne optische venster, bevestig de staaf in de spindelmotor. Bedek vervolgens een V-vormige metalen gids met een polijstondersteuningspad dat geschikt is voor het gebruikte kristal. Neem een voorbereide mix van een schuurmiddelpoeder, zoals diamant of siliciumcarbide met een deeltjesgrootte van 10 micron en water en giet deze over de pad in de gids.

Begin met het draaien van de kristal op ongeveer 5.000 RPM en beweeg de gids naar de draaiende kristal om het op 20 gram te beginnen slijpen. Blijf slijpen tot de kristal een concaaf-convexe vorm heeft zoals in dit computergegenereerde beeld. Dit kan twee tot vier uur duren, afhankelijk van het materiaal.

Na het vormgeven van de kristal is de volgende stap verder slijpen en polijsten. Met behulp van steeds kleinere schuurmiddeldeeltjes gemengd met water in de gids duurt het complete proces vier tot acht uur. Terwijl het slijpen en polijsten voortduurt, is het belangrijk om feedback te krijgen over de toestand van het oppervlak.

Aanvankelijk, wanneer de kristal ondoorzichtig is, gebruikt u een optische microscoop voor visuele inspectie. Het oppervlak moet defectvrij blijven met een ruwheid op de schaal van de grootte van de schuurkorrels. Later, na succesvol polijsten met deeltjes van één micron, wordt de kristal transparant en is de optische polijst bereikt. In latere stadia met kleinere schuurmiddels, zijn interferometrische metingen vereist om het oppervlak te karakteriseren.

Gebruik een microscoop uitgerust met het morale interferometer objectief om hoogtevariaties van het oppervlak kwalitatief te bestuderen via de waargenomen interferentiepatroon in het morale objectief. De helft van het invallende licht wordt naar het oppervlak van de schijf geleid, terwijl de andere helft wordt gereflecteerd door een spiegel. Het door de schijf gereflecteerde licht en het licht van de spiegel produceren een interferentiepatroon dat wordt gebruikt om het schijfoppervlak te karakteriseren.

Deze interferometrische afbeelding is van een oppervlak dat is gepolijst met een micrometerpoeder. Het vertoont aanzienlijke hoogtevariaties. Deze afbeelding is van een oppervlak dat is gepolijst met een poeder van 100 nanometer.

Het geeft een veel gladder oppervlak aan. Voor een meer gedetailleerde karakterisering, gebruikt u een computergestuurde meting van de hoogtevariaties van het oppervlak in een klein gebied. Deze afbeelding is in ongeveer een uur voltooid en beslaat ongeveer 0,25 vierkante millimeter.

Slijpen en polijsten moet worden voortgezet totdat de interferometrische gegevens suggereren dat het oppervlak zo glad mogelijk is. Om licht naar de schijf te koppelen, wordt een taps toelopende vezel getrokken in een optische vezel.

Wanneer de taps toelopende vezel wordt getrokken, wordt de vezeldiameter in de taps toelopende vezel verminderd van 125 micron tot één micron. Hogere orde modi worden progressief geëxciteerd en ze interfereren met elkaar. Er wordt een kritisch punt bereikt.

Wanneer deze hogere orde modi worden uitgestoten, blijft er slechts één modus geleid en kan zijn evanescente veld worden gebruikt om licht in de schijf te koppelen om de optische vezel voor koppeling aan de resonator te creëren. Begin met ongeveer een meter eenvoudige silicavezel. Verbind de kale vezel met FC-connectors aan elke kant.

Verwijder ongeveer vijf centimeter van de kunststof en polymeercoating van het middelste gedeelte van een eenvoudige silicavezel. Verbind vervolgens het ene uiteinde van de vezel met een continu golf nader infrarood laserbron en het andere met een fotodiode. Dit maakt het mogelijk om de vezel te monitoren.

Bevestig vervolgens een gecoate portie aan beide zijden van het ontdane gedeelte van de vezel op een computergestuurde hoge resolutie motor. De motoren moeten computergestuur