Name: Gestimuleerde Stokes en Antistokes Raman Scattering in microsferische Whispering Gallery Mode Resonators (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Ontdek de generatie van nieuwe optische frequenties met silica microsferische whispering-gallery-mode resonatoren. Deze methode maakt compacte laserbronnen en biochemische sensing mogelijk voor optische toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

1. Fabricage van Ultrahoog Factor van Quality microsferen <ol><li> Strip ongeveer 1-2 cm van een standaard single-mode (SMF) silica fiber buiten zijn acryl coating met een optische stripper. </li><li> Reinig het gestripte deel met aceton en klieven het. </li><li> Invoering van de gesplitste tip in een arm van een fusie lasapparaat en produceren een reeks van elektrische boog ontladingen met behulp van de splicer controller. Selecteer &quot;handbediening&quot; in het menu lasapparaat controller, stelt de waarden voor arc vermogen en de Arc de duur tot 60 en 800 msec, respectievelijk; &quot;ARC&quot; selecteren en druk op de bodem &quot;+&quot;. </li><li> , Stoppen zodra een bol vorm aan te nemen, draait u de vezel 90 ° en herhaal stap 1.3. </li><li> Herhaal stap 1,3 minstens 4 keer een microsfeer van ongeveer 160 urn. Herhaal 16 keer een microsfeer van ongeveer 260 urn. Opmerking: De elektrische boog ontladingen zal de hoge smelttemperatuur nodig kwartsglas smelten produceren. de surface spanning zal een bolvormige van de vertederd fiber tip te trekken; de grootte van de bolletjes is recht evenredig met het aantal shots boog, verzadigen bij een diameter van ongeveer 350 urn, zoals te zien is in figuur 1 19. De rotatie zorgt voor een bolvorm van de resonator. </li></ol> 2. Het tekenen van een taps toelopende Fiber Opmerking: De tapse vezel is ook nodig voor het koppelen van licht in de microresonators. De grootte van de microbolletjes zal de taille van de tapsheid bepalen. Voor bol diameters groter dan 125 um, kan de diameter van de tapsheid van ongeveer 3-4 urn. Voor kleinere, de diameter van de conus kleiner moet zijn, zeg 1-2 urn. Om de verliezen op een laag niveau te houden en slechts één modus in de taps toelopende sectie (de fundamentele één) hebben, het afbouwen moet adiabatische (geleidelijke overgang van dik naar dun diameter) zijn. De typische lengte van het tapse gedeelte adiabatische ongeveer 2 cm. FiguRE 2 toont de zelfgemaakte inrichting voor het trekken van de vezel en Figuur 3A toont een microphoto van een typische taille zone. <ol><li> Strook 3-4 cm van een standaard single-mode (SMF) silica fiber buiten zijn acryl coating met behulp van een optische stripper, en sluit de vezeluiteinden een laser (input) en een vermogensmeter (output). Zorg ervoor dat het gestripte gebied is ongeveer in het midden van de vezel, niet aan een uiteinde. Gebruik een kale vezel terminator om te kunnen verbinden de vezeluiteinden de laser en krachtmeter. Plaats de laser en de stroom meter boven de werkbank. </li><li> Plaats de gestripte vezel in een korte alumina cilinder en de uiteinden van de beklede vezel in twee fasen vertaling die gelijktijdig bedienen tijdens het trekproces. </li><li> Verwarm de alumina cilinders (die fungeert als een oven) door een zuurstof-butaan vlam tot een temperatuur dichtbij een smeltpunt van silica (ongeveer 2100 ° C). </li><li> Afleiden de adiabaticiteit van de conus van de observation van de transmissie van laserlicht werkt bij 635 nm. Controleer of aan de uitgang een homogene cirkelvormige spot behouden blijven taps, wat aangeeft dat er geen scrambling modus plaatsvindt. Stop met het trekken en met pensioen gaan de vlam wanneer het uitgezonden vermogen stopt oscillerende, en is constant in de tijd. </li><li> Lijm de tapse vezel in een microscoop glasplaatje gevormd in de vorm van een U om de conus huisvesten (zie figuur 3B). Gebruik een microscoop glasplaatje van afmetingen 76x26x1.2 mm. </li></ol> 3. Fabricage van kleine microsferen Opmerking: Kleine microbolletjes met een diameter die kleiner zijn dan een standaard glasvezel bekleed vereisen voorafgaande afbouwen van de vezel. De minimumdiameter zo verkregen ongeveer 25 urn. <ol><li> Door het volgen van deel 2, trek je een taps toelopende vezel, trekken tot het breekt. </li><li> Volg alle stappen van deel 1 (fabricage van UHQ microsferen), maar in stap 1.3, de waarden op de splicer co wijzigenntroller als volgt: arc vermogen 20, duur arc 1200 msec. </li></ol> 4. Koppeling Licht in de microsfeer Let op: We maken gebruik van de conus te koppelen licht in de microbolletjes en meet de resonanties van de microresonator. <ol><li> 4,1. Bereid een T-vormige PVC / aluminium houder met een kanaal in het midden. Bevestig de resterende fiber steel van de microsfeer met een stuk van de whisky magie of papier tape in de houder. Klem de houder met twee schroeven in een vertaling podium met piëzo-elektrische actuatoren en een positionering resolutie van 20 nm. </li><li> Bevestig de versmalling vastgelijmd aan het glaasje in een andere vertaling podium met de schuif vlak loodrecht op de microsferen fiber steel. Splice de uiteinden van de conus aan beëindigd glasvezelkabels. Sluit het ene uiteinde van de afstembare diodelaser en de andere om een ​​InGaAs fotodiode detector. </li><li> Gebruik een microscoop buis met lange werkafstand (&gt; 20 mm) om samen tentrol de spleet tussen de conus en microsfeer. Om het systeem te controleren in de andere richting plaats een spiegel bij 45 ° ten opzichte van de buis richting, zodat de positie van de conus ten opzichte van de equator van de microbolletjes kan worden geregeld. <ol><li> Plaats de evenaar van de microsferen in contact met het tapse vezel. </li></ol></li><li> Schakel de laser en controleer de transmissie spectrum van de microsfeer-conus systeem in een oscilloscoop. <ol><li> Tunen van de CW-laser werkt bij 1550 nm tot resonanties verschijnen. De resonanties kan worden geïdentificeerd als Lorentz gevormd dips in het spectrum. </li></ol></li><li> Meet de resonantie lijnbreedte (volledige breedte half maximum van de Lorentz gevormde dip). Bereken de Q factor van de frequentie van de pomp gedeeld door de resonantie lijnbreedte. </li><li> Verkleinen / vergroten de afstand tussen de bol en de conus, veranderen zowel resonantie breedte en diepte voor het verhogen / verlagen van de koppeling efficiëntie. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Gestimuleerde Raman Scattering <ol><li> Plaats een erbium gedoteerde vezelversterker (EDFA) tussen de CW-laser werkt bij 1550 nm en de verzwakker. De EDFA werkt in het golflengtegebied van 1,530-1,570 nm. Opmerking: Dit zal de laser vermogen te vergroten, het bereiken van een maximaal vermogen van 2 W. lineaire effecten hoeven hoge input bevoegdheden Figuur 4 toont een schets van de experimentele set-up.. </li><li> Ene uiteinde van de conus met beëindigd vezelkabels een 3 dBm splitter. Één paar splitter uitgangsvezels het optische spectrum analyzer en de andere om een ​​fotodetector die is verbonden met de oscilloscoop. </li><li> Stem de laser van hoge naar lage frequenties tot een resonantie met een thermische drift vergelijkbaar is met de golflengte scansnelheid van de laser wordt gevonden. Wanneer de thermische zelfborgende 20 wordt hiermee de verbreding van de resonantie kan worden gezien op de oscilloscoop. </li><li> Controleer het vermogen overgebracht door de versmallingin een optische spectrumanalysator. Verhoog de kracht totdat de Raman laser lijn verschijnt. Het wordt ontstemd de pomp golflengte bij ongeveer 13,5 THz. </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>
<li>Farnesi, D., Barucci, A., Righini, G. C., Berneschi, S., Soria, S., Nunzi Conti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+frequency+generation+in+silica+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical frequency generation in silica microspheres.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (9), 093901(2014).</li>
<li>Liang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+multioctave+light+source+based+on+a+monolithic+microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Optica%22%5BJournal%5D)">Miniature multioctave light source based on a monolithic microcavity.</a> Optica. 2 (1), 40-47 (2015).</li>
<li>Maker, A. J., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Silica+Ultra+High+Quality+Factor+Microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators.</a> J. Vis. Exp. (65), e4164(2012).</li>
<li>Coillet, A., Henriet, R., Phan Huy, K., Jacquot, M., Furfaro, L., Balakireva, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+Photonics+Systems+Based+on+Whispering-gallery-mode+Resonators%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators.</a> J. Vis. Exp. (78), e50423(2013).</li>
<li>Han, K., Kim, K. H., Kim, J., Lee, W., Liu, J., Fan, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+Testing+of+Microfluidic+Optomechanical+Oscillators%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators.</a> J. Vis. Exp. (87), e51497(2014).</li>
<li>Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microspheres%2C+Photonic+Atoms%2C+and+the+Physics+of+Nothing%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Microspheres, Photonic Atoms, and the Physics of Nothing.</a> American Scientist. 89 (5), 414-421 (2001).</li>
<li>Chiasera, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical+whispering+gallery+mode+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+Photon.+Rev%22%5BJournal%5D)">Spherical whispering gallery mode microresonators.</a> Laser Photon. Rev. 4 (3), 457-482 (2010).</li>
<li>Helt, L. G., Liscidini, M., Sipe, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+does+it+scale%3F+Comparing+quantum+and+classical+nonlinear+optical+processes+in+integrated+devices%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">How does it scale? Comparing quantum and classical nonlinear optical processes in integrated devices.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 29 (8), 2199-2212 (2012).</li>
<li>Leach, D. H., Chang, R. K., Acker, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+anti-Stokes+Raman+scattering+in+microdroplets%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Stimulated anti-Stokes Raman scattering in microdroplets.</a> Opt. Lett. 17 (6), 387-389 (1992).</li>
<li>Farnesi, D., Cosi, F., Trono, C., Righini, G. C., Nunzi Conti, G., Soria, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Antistokes+Raman+scattering+resonantly+enhanced+in+silica+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Stimulated Antistokes Raman scattering resonantly enhanced in silica microspheres.</a> Opt. Lett. 39 (20), 5993-5996 (2014).</li>
<li>Qian, S. X., Chang, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiorder+Stokes+emission+from+micrometer+size+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Multiorder Stokes emission from micrometer size droplets.</a> Phys. Rev. Lett. 56 (9), 926-929 (1986).</li>
<li>Lin, H. B., Campillo, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CW+nonlinear+optics+in+droplet+microcavities+displaying+enhanced+gain%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">CW nonlinear optics in droplet microcavities displaying enhanced gain.</a> Phys. Rev. Lett. 73 (18), 2440-2443 (1994).</li>
<li>Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultralow+threshold+Raman+laser+using+a+spherical+dielectric+microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ultralow threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity.</a> Nature. 415 (6872), 621-623 (2002).</li>
<li>Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kerr-Nonlinearity+optical+parametrical+oscillation+in+an+ultrahigh+Q+toroid+microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Kerr-Nonlinearity optical parametrical oscillation in an ultrahigh Q toroid microcavity.</a> Phys. Rev. Lett. 93 (8), 083904(2004).</li>
<li>Hill, S. C., Leach, D. H., Chang, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Third+order+sum+frequency+generation+in+droplets%3A+model+with+numerical+results+for+third-harmonic+generation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">Third order sum frequency generation in droplets: model with numerical results for third-harmonic generation.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 10 (1), 16-33 (1993).</li>
<li>Kozyreff, G., Dominguez Juarez, J. L., Martorell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering+gallery+mode+phase+matching+for+surface+second+order+nonlinear+optical+processes+in+spherical+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Whispering gallery mode phase matching for surface second order nonlinear optical processes in spherical microresonators.</a> Phys. Rev. A. 77 (4), 043817(2008).</li>
<li>Jouravlev, M. V., Kurizki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unified+theory+of+Raman+and+parametric+amplification+in+nonlinear+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Unified theory of Raman and parametric amplification in nonlinear microspheres.</a> Phys. Rev. A. 70 (5), 053804(2004).</li>
<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>
<li>Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+thermal+behavior+and+thermal+self-stability+of+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities.</a> Opt. Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).</li>
<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>
<li>Arnold, S., Ramjit, R., Keng, D., Kolchenko, V., Teraoka, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microparticle+photophysics+illuminates+viral+bio-sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Faraday+Discuss%22%5BJournal%5D)">Microparticle photophysics illuminates viral bio-sensing.</a> Faraday Discuss. 137, 65-83 (2008).</li>
<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>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben. D.F. is een promovendus aan de Universiteit van Parma.

Microsferen compacte en efficiënte lineaire oscillatoren en ze zijn zeer gemakkelijk te vervaardigen en te hanteren. Tapse vezels kan worden gebruikt voor het koppelen en het extraheren van het licht in / uit de resonator. Resonantie tegenstelling tot 95% en Q factoren van ongeveer 3 x 10 8 worden verkregen. De belangrijkste beperking van deze vervaardigingstechnieken is massaproductie en integratie. Netheid van de vezels is essentieel voor zowel microsferen en tapers, en dus is d...

Whispering gallery mode resonatoren (WGMR) tonen twee unieke eigenschappen, een lange levensduur en foton kleine mode volume dat de verlaging van de drempel van niet-lineaire verschijnselen 1-3 toestaan. Whispering Gallery modi zijn optische modi die op de diëlektrische lucht-interface zijn beperkt door totale interne reflectie. De kleine modus volume vanwege de hoge ruimtelijke beperking dat de tijdelijke beperking houdt verband met de kwaliteitsfactor Q van de holte. WGMR kunnen verschillende geometrieën en er zijn verschillende fabricagetechnieken die geschikt zijn voor het verkrijgen van hoge Q resonatoren 4-6 Oppervlaktespanning holtes zoals silica microsferen vertonen in de buurt van atomaire schaal ruwheid, wat zich vertaalt in een hoge kwaliteit factoren. Beide soorten opsluiting aanzienlijke vermindering van de drempel voor niet-lineaire effecten als gevolg van de sterke energie opbouw in de WGMR. Het staat ook continue golf (CW) niet-lineaire optica. WGMR kan worden beschreven met behulp van the kwantumgetallen n, l, m en de polarisatietoestand met sterke analogie van het waterstofatoom 7. De sferische symmetrie maakt de scheiding radiale en angulaire afhankelijkheden. De radiale oplossing wordt gegeven door Besselfuncties, de hoekige die door de sferische harmonischen 8. Silica glas is centrosymmetrische en dus tweede orde verschijnselen in verband met Χ (2) interacties worden verboden. Op het oppervlak van de microsfeer wordt de inversie van symmetrie gebroken en Χ (2) verschijnselen waar te nemen 1. Echter phase matching voorwaarden voor tweede-orde frequentie generatie problematischer dan het equivalent in derde generatie orderfrequentie, vooral omdat de betrokken golflengten heel anders en de rol van dispersie kan zeer belangrijk zijn. De tweede orde interacties zijn uiterst zwak. De opgewekte energie schalen met Q 3, terwijl voor een third Om de interactie van de opgewekte stroom schalen met Q 4. 9 Om die reden is de focus van dit werk is de derde orde optische non-lineaire gevoeligheid Χ (3) interacties zoals gestimuleerde Raman Scattering (SRS) en gestimuleerd Antistokes Raman Scattering (SARS) , zijnde SARS de minder bestudeerde interactie 10,11. Chang 12 en Campillo 13 een pionier in de studie van niet-lineaire verschijnselen met behulp van druppels van sterk niet-lineaire materialen WGMR maar de pomp laser werd gepulseerd plaats van CW. Silica microbolletjes 14,10 en 15 microtoroids ontvangen stabieler en robuuster platforms vergeleken met de microdruppels, het verkrijgen van veel aandacht in de afgelopen decennia. In het bijzonder silica microsferen zijn zeer eenvoudig te vervaardigen en te hanteren. SRS is een pure winst proces dat gemakkelijk kan op silica WGMR 14,15, aangezien een drempelwaarde bereikt is voldoende. In dit geval is de hoge circulating intensiteit in de WGMR garandeert Raman laserwerking, maar parametrische oscillaties onvoldoende. In deze gevallen efficiënter oscillaties vereisen fase en mode matching, energie- en impulswet en een goede ruimtelijke overlap van resonantiemodussen te vervullen 16-18. Dit geldt voor SARS en FWM in het algemeen.

<table><tbody><tr><td>Optical Fiber</td><td>Corning</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>Fiber coating stripper</td><td>Thorlabs</td><td>T06S13</td><td>Ook verkrijgbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Fiber cleaver</td><td>Fitel</td><td>S325A</td><td>Ook verkrijgbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Fusion splicer</td><td>Furakawa</td><td>S177A-1R</td><td>Ook verkrijgbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Butane and Oxygen Gas</td><td>n/a</td><td></td><td>elke leverancier</td></tr><tr><td>Microscope tube</td><td>Navitar</td><td>Zoom 6000</td><td>Modulair Kit</td></tr><tr><td>CCD camera</td><td>n/a</td><td>N/A</td><td>elke camera past</td></tr><tr><td>Monitor</td><td>n/a</td><td>N/A</td><td>elke monitor is geldig</td></tr><tr><td>3-Axis Stage</td><td>PI Instruments, Thorlabs, Melles</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Assorted posts and mounts</td><td>Thorlabs</td><td></td><td>Ook verkrijgbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Polarization control</td><td>Thorlabs</td><td>FPC030</td><td>Ook verkrijgbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Attenuator</td><td>Throlabs</td><td>VOA50</td><td></td></tr><tr><td>Photodiode</td><td>Thorlabs</td><td>PDA400</td><td>buiten gebruik, vervangen door PDA10CS-EC</td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix</td><td>DPO7104</td><td></td></tr><tr><td>Optical spectrum analyzer</td><td>Ando</td><td>AQ6317B</td><td></td></tr><tr><td>Erbium Doped Fiber Amplifier</td><td>IPG Photonics</td><td>EAD-2K-C</td><td></td></tr><tr><td>Tunable Laser</td><td>Yenista</td><td>TUNICS</td><td></td></tr></tbody></table>

gestimuleerde stokes en antistokes raman scattering in microsferische whispering gallery mode resonators

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

Diëlektrische microsferen kan licht en geluid te beperken tot een bepaalde tijd door middel van hoge kwaliteit factor fluisteren galerij modi (WGM). compacte laserbronnen, zeer gevoelige biochemische sensoren en niet-lineaire verschijnselen: glazen microbolletjes kan als een opslag van energie, met een enorme verscheidenheid aan toepassingen worden gedacht. Een protocol voor de vervaardiging van zowel de microsferen en het koppelingssysteem wordt gegeven. De hier beschreven koppelaars zijn tapse vezels. Efficiënte productie van niet-lineaire verschijnselen in verband met de derde orde optische non-lineaire gevoeligheid Χ (3) interacties in drievoudig resonante silica microsferen wordt in dit document. De interacties gemeld hier zijn: gestimuleerde Raman Scattering (SRS), en vier wave mixing processen bestaande uit gestimuleerde Anti-Stokes Raman Scattering (SARS). Een bewijs van de holte versterkte verschijnsel wordt gegeven door het gebrek aan correlatie tussen de pomp signaal en idler: een resonante modus moet bestaan ​​om het paar te verkrijgenvan het signaal en leegloper. In het geval van hyperparametric oscillaties (menging vier wave en gestimuleerd anti-Stokes Raman scattering), moet de modes het behoud van energie en impuls te vervullen en, last but not least, hebben een goede ruimtelijke overlap.

De Q factoren van de microsferen vervaardigd volgens het protocol beschreven zijn dan 10 8 (figuur 5) voor grote diameters (&gt; 200 pm) en meer dan 10 6 voor kleine diameters (&lt;50 pm). Resonantie contrast boven 95% (bijna kritische koppeling) kan gemakkelijk worden waargenomen. Voor hoge circulerende intensiteiten, kan de volgende niet-lineaire effecten in het infrarode gebied in acht worden genomen: gestimuleerde Raman scattering (SRS), cascade...

Efficiënte productie van niet-lineaire verschijnselen in verband met de derde orde optische non-lineaire gevoeligheid Χ (3) interacties in drievoudig resonante silica microsferen wordt in dit document. De interacties gemeld hier zijn: gestimuleerde Raman Scattering (SRS), en vier wave mixing processen bestaande uit gestimuleerde Anti-Stokes Raman Scattering (SARS).

Gestimuleerde Stokes en Antistokes Raman Scattering in microsferische Whispering Gallery Mode Resonators

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

Het algemene doel van deze procedure is het genereren van nieuwe optische frequenties met behulp van silica microsferische whispering-gallery-mode resonatoren voor optische en fotonische toepassingen, variërend van compacte laserbronnen tot biochemische detectie. In whispering gallery-mode microresonatoren kan licht worden geleid met een unieke combinatie van sterke ruimtelijke opsluiting en een lange caviteitstijd. Lage verliezen garanderen hoge kwaliteitsfactoren.Dergelijke resonatoren zijn bij uitstek geschikt voor niet-lineaire optische interacties. In het bijzonder vertonen silica-microsferen een groot potentieel als frequentiegeneratoren voor compacte, smalspectrale en afstembare continue-golfbronnen. De interesse in het gebruik van fusietechnieken voor de fabricage van de elektrische microsfeer is gebaseerd op het feit dat hiermee lage verstrooiingsverliezen en bijgevolg zeer hoge kwaliteitsfactoren kunnen worden bereikt.We hebben zelfgemaakte taps toeveringsvezels gebruikt om licht in de microsferen te koppelen. De hoge koppelefficiëntie en de hoge cavity-opbouwfactor kunnen niet-lineaire Kerr-effecten triggeren met een laag continu-golf pomppvermogen. De procedure voor de tapsvezel zal worden gedemonstreerd door Franco Cosi, een technicus uit ons laboratorium.Om een microsfeer te maken, moet u eerst een stuk vezel klaarleggen. Verzamel de benodigdheden om een microsfeer te maken met behulp van single-mode silicavezel. Dit omvat de vezel, aceton, een optische coatingstripper en een vezelcleaver.Zorg daarnaast dat een fusielasapparaat gereedstaat. Gebruik de stripper om ongeveer 1-2 centimeter van de acrylaatcoating aan het uiteinde van de vezel te verwijderen. Maak vervolgens het gestripte gedeelte schoon met een schoon pluisvrij doekje en aceton.Plaats het uiteinde van de vezel in de vezelbreker en breek deze af om het gestripte gedeelte te isoleren. Verwijder de afgebroken vezel uit de vezelbreker. Verplaats de vezeltip naar de fusielasmachine.Positioneer daar de vezel en houd deze op hun plaats volgens de richtlijnen van de fabrikant. Sluit de afdekking, controleer of het boogvermogen en de boogduur correct zijn en start vervolgens de boog. Volg de voortgang op het display.Terwijl de vlamboog het glas doet smelten, zal de vezelvorm door oppervlaktespanning een bol gaan vormen. Zodra de bol zich begint te vormen, stopt u de vlamboog en opent u de afdekking. Neem de vezel uit de houder, draai deze 90 graden om de bolvorm te behouden en zet de vezel vervolgens weer vast.Sluit de kap en start de boog opnieuw. Het uitvoeren van ten minste drie van dergelijke rotaties van 90 graden gedurende vijf tot 10 minuten zal een microsfeer van ongeveer 160 micrometers produceren. Wees bij het verwijderen van de microsfeer en de bijbehorende vezelsteel voorbereid om deze binnen een dag op te slaan of te gebruiken.Deze T-vormige houder is monteerbaar op een translatieplateau voor gebruik bij lichtkoppelingsexperimenten. In het midden bevindt zich een kanaal voor de fibersteel van de microsfeer. Plaats het resterende uiteinde van de steel van de microsfeer in het kanaal, zodat de microsfeer boven de houder ongehinderd vrij komt te liggen.Bevestig de steel met transparante tape. Begin nu met het maken van een taps toelopende vezel om licht in de microsfeer te koppelen. Hiervoor is een apparaat nodig dat de vezeluiteinden langzaam uit elkaar kan trekken.Begin met een stuk enkelmodus siliciumvezel en bepaal het middenpunt ervan. Gebruik de stripper voor optische coatings om ongeveer 3-4 centimeter van de coating rond dit punt te verwijderen. Schuif vervolgens een aluminiumoxidecilinder over het gestripte deel van de vezel om als oven te dienen.Gebruik vervolgens een bare-fiber terminator om één uiteinde van de vezel te verbinden met een laser die in staat is om op 635 nanometer te werken. Verbind het andere uiteinde van de vezel met een vermogensmeter. Zodra de vezel is geplaatst, wordt er een zuurstof-butaanvlam gebruikt om de aluminiumoxidecilinder te verhitten tot een temperatuur die dicht bij het smeltpunt van silica ligt, ongeveer 2 100 graden Celsius.Start de fiber puller zodat de twee uiteinden langzaam van elkaar worden bewogen. Monitor met de laser van 635 nanometer aan het vermogen dat door de vezel wordt getransporteerd met de power meter. Veranderende waarden weerspiegelen de voortgang van het taps toelopen.Stop op dit punt met het trekken aan de vezel en doof de vlam. Verwijder de vezel af en toe uit de ingang van de vermogensmeter om de vezeloutput op een beamcard te projecteren, zodat kan worden gecontroleerd of een homogene cirkelvormige spot behouden blijft tijdens het taps toelopen. Werk met de vezel nadat deze is losgekoppeld van alle apparatuur, inclusief de cilinder.Plaats een glazen microscoopglasplaatje dat is gesneden in een U-vorm nabij de taps toelopende sectie van de vezel. Leg vervolgens de vezel op het glasplaatje, waarbij de taps toelopende sectie in het midden van de U wordt geplaatst. Houd de vezel gespannen en breng lijm aan op de plek waar de vezel en het glasplaatje overlappen om de vezel op zijn plaats te fixeren. Bereid nu de koppeling van licht in de microsfeer via de taps toelopende vezel voor.Om dit te doen, gebruikt u afzonderlijke translatiepodia voor de microsfeer en de taps toelopende vezel. Monteer op een podium met piëzo-actuatoren de T-vormige houder met de microsfeer zodanig dat de microsfeer naar boven wijst. Monteer op het andere translatiepodium het glazen objectglas met de vezel loodrecht georiënteerd ten opzichte van de steel van de microsfeervezel.Gebruik een afgetermineerde glasvezelkabel om één uiteinde van de taps toelopende vezel te verbinden met een instelbare diodelaser. Verbind het andere uiteinde met een indium-gallium-arsenide fotodiodedetector. Plaats vervolgens beide translatietrappen onder de microscoopbuis die zal worden gebruikt voor de observatie van de opening tussen de microsfeer en de taper.De twee moeten zo worden geplaatst dat de vezeltaper en de microsfeer binnen het bereik van de translatiepodia vallen. Plaats daarnaast een spiegel onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de microscoopbuis om de verticale positie van de taper te monitoren. Positioneer de microsfeer met behulp van het bijbehorende translatiepodium en de feedback van de microscoopbuis.Het doel is om de equator van de microsfeer in contact te brengen met de taper. Zodra dit is gebeurd, schakelt u de continugolflaser in en monitort u het transmissiespectrum op een oscilloscoop. Stem de laser af totdat er Lorentzian-vormige dips door resonanties in het spectrum verschijnen.Meet de resonantielijnbreedtes en bereken de kwaliteitsfactor. Zet het experiment voort door de koppelefficiëntie te onderzoeken als functie van de afstand tussen de taper en de bol. Vezelkoppeling is cruciaal om een goede resonantie te vinden om niet-lineaire effecten te triggeren.Een goede resonantie is smal en vertoont een hoog contrast bij een laag vermogen. Bereid de opstelling voor om gestimuleerde Raman-verstrooiing te realiseren. Licht van een afstembare diodelaser die werkt op 15 015 nanometer gaat de taps toelopende vezel binnen.Na de laser volgt een erbium-gedoteerde vezelversterker om het laservermogen te verhogen zodat het niet-lineaire effect kan worden bereikt. Vervolgens volgt een attenuator en daarna een inline vezelpolarisator. Het licht gaat vervolgens door de taper, die gekoppeld is aan een microsfeer.Na het passeren van de microsfeer bevindt zich een 3-decibel-milliwatt splitter. Eén uitgang van de splitter gaat naar een optische spectrumanalyser. De andere gaat naar een fotodetector die is aangesloten op een oscilloscoop.Stem de laser af van hoge naar lage frequenties om thermische zelfblokkering te bereiken. Observeer op de oscilloscoop een resonantie waarbij de thermische drift vergelijkbaar is met de snelheid van de golflengtescan. De resonantie zal verbreden wanneer thermische zelfblokkering is bereikt.Controleer het uitgangsvermogen dat naar de optische spectrumanalyser wordt gestuurd. Bedien de attenuator om het vermogen te verhogen totdat de Raman-laserlijn verschijnt. De Raman-laserlijn is ongeveer 13,5 terahertz afgestemd van de pompgolflengte.Dit is een meting van een microsfeer met een diameter van 50 µm, gepompt bij ongeveer 1.547 nm. Aan weerszijden van de pompgolflengte bevinden zich twee lijnen van viergolfmenging op ongeveer 13 nm afstand. Twee lijnen van gestimuleerde Ramanverstrooiing bevinden zich op ongeveer 1.610 en 1.710 nm.Metingen van een bol van 98 nanometer gaven vergelijkbare resultaten. In dit geval bevindt de pomp-piek zich op 1.551 nanometer. De lijn van gestimuleerde Raman-verstrooiing is gecentreerd op 1.646 nanometer.De gestimuleerde anti-Stokes Raman-verstrooiingslijn is gecentreerd rond ongeveer 1.452 nanometer. De symmetrische lijnen nabij de gestimuleerde anti-Stokes-lijn zijn afkomstig van gedegenereerde viergolfmenging. Een Raman-kegel is gecentreerd op 1.666 nanometer.Dit spectrum van een microsfeer met een diameter van 40 micrometer levert bewijs voor gestimuleerde antistokes-versterking wanneer de frequentie resonant is met de caviteitsmodus en fase-gematcht is met de pomp en het gestimuleerde stokes-signaal. De pompfrequentie is 1.540 nanometer, de stokes-lijn bevindt zich op 1.630 nanometer en de antistokes-lijn bevindt zich op 1.460 nanometer. Dit spectrum van een microsfeer van 65 micrometer heeft een verhouding tussen gestimuleerde antistokes- en gestimuleerde stokes-verstrooiing die dicht bij één ligt.De pompfrequentie is gecentreerd op 1.572 nanometers, de stokeslijn op 1.640 nanometers en de antistokeslijn op 1.490 nanometers. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u silica-microsferen met een hoge Q-factor fabriceert, hoe u een fiber taper trekt en hoe u licht efficiënt in een microresonator koppelt om fundamentele licht-materie-interacties te bestuderen. De elektrische microsferen zijn fotonische platforms die een uiterst belangrijke rol spelen in de moderne optica.Ze kunnen worden benut voor CW niet-lineaire frequentieconversie vanwege hun vermogen om licht gedurende lange perioden in zeer kleine volumes op te sluiten. De gedemonstreerde microresonatortechnologieën kunnen ook effectief worden ingezet voor biosensing. Onze groep behaalt uitstekende resultaten op dit gebied.

stimulated-stokes-antistokes-raman-scattering-microspherical

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De zeer gevoelige fotonische micro sensor is ontwikkeld voor elektrisch veld detectie. De sensor maakt gebruik van de optische modi van een diëlektrische bol. Veranderingen in het externe elektrische veld verstoren het gebied morfologie leiden tot verschuivingen van de optische modes. De elektrische veldsterkte wordt gemeten door deze optische verschuivingen.

Ontwikkeling van Whispering Gallery Mode Polymeer Micro-optische Electric Field Sensors

Fluorescent-core microcavity sensoren gebruiken een hoge-index quantum dot-coating in het kanaal van silica microcapillaries. Veranderingen in de brekingsindex van vloeistoffen gepompt capillaire kanalen leiden tot verschuivingen in de microcavity fluorescentie spectrum die kunnen worden gebruikt om het kanaal medium analyseren.

Synthese en Werking van TL-core microcavities voor Refractometermethode Sensing

De aangepaste technieken ontwikkeld in ons laboratorium om microgolf fotonica systemen te bouwen op basis van ultra-hoge Q fluisteren gallery mode resonatoren worden gepresenteerd. De protocollen voor deze resonatoren te verkrijgen en te karakteriseren zijn gedetailleerd, en een uitleg van een aantal van hun toepassingen in de magnetron fotonica wordt gegeven.

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

Een verwijzing interferometer techniek, die is ontworpen om ongewenste laser jitterruis voor NanoDetection verwijderen, wordt gebruikt voor het sonderen van een ultra-hoge kwaliteit factor microcavity. Aanwijzingen voor de montage, installatie, en data-acquisitie worden verstrekt, naast het meetproces voor het opgeven van de holte kwaliteitsfactor.

Implementatie van een Reference Interferometer voor NanoDetection

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Beschrijven we de bouw van een snelle continuous-wave-gestimuleerd-Brillouin-verstrooiing (CW-SBS) spectrometer. De spectrometer heeft één-frequentie-diodelasers en een atomaire damp inkeping-filter te verwerven transmissie spectra van troebel/niet-troebel monsters met hoge spectrale resolutie bij snelheden tot 100-fold sneller dan die van bestaande CW-SBS spectrometers. Deze verbetering maakt een snelle Brillouin materiële analyse.<br...

High-Speed Continuous-wave gestimuleerd Brillouin verstrooiing Spectrometer voor materiaal analyse

Protocollen voor de synthese van microsferen uit polymeren, de manipulatie van microsferen en microfotoluminescentiemetingen worden voorgesteld.

Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties

In dit manuscript wordt de implementatie beschreven van een gestimuleerde Raman verstrooiing (SRS) Microscoop, verkregen door de integratie van een SRS experimentele opstelling met een laser scanning microscoop. De SRS-Microscoop is gebaseerd op twee femtosecondelaser (FS) laserbronnen, een TI-Sapphire (TI: SA) en gesynchroniseerde optische parametrische oscillator (OPO).

Implementatie van een niet-lineaire Microscoop op basis van gestimuleerde Raman verstrooiing

Details van signaalgeneratie en -optimalisatie, meting, gegevensverwerving en gegevensverwerking voor een femtotweede time-resolved near-IR gestimuleerde Raman spectrometer worden beschreven. Een nabij infrarood gestimuleerde Raman studie over de opgewonden-staat dynamiek van β-caroteen in tolueen wordt getoond als een representatieve toepassing.

Ultrasnelle time-resolved Near-IR Stimulated Raman Metingen van Functionele π-conjugaat Systemen

We presenteren een protocol om chemische beelden te verkrijgen met breedband gestimuleerde Raman scattering (SRS) microscopie. Gebaseerd op een SRS-microscoop die werkt met differentiële meerkanaals-lock-in detectie, beschrijft het protocol de monstervoorbereiding, aanpassing van het SRS-apparaat en chemometrie om verschillende bestanddelen van chemisch heterogene monsters te ontwarren.

Multiplex chemische beeldvorming op basis van breedband gestimuleerde Raman-verstrooiingsmicroscopie

Ontdek de generatie van nieuwe optische frequenties met silica microsferische whispering-gallery-mode resonatoren. Deze methode maakt compacte laserbronnen en biochemische sensing mogelijk voor optische toepassingen.

Gestimuleerde Stokes en Antistokes Raman Scattering in microsferische Whispering Gallery Mode Resonators

Meer video's verkennen