Mikrofalowe systemy fotoniczne oparte na rezonatorach z galerią szeptów

Ogólnym celem tej procedury jest wygenerowanie grzebieni częstotliwości optycznych przy użyciu trybu Whispering Gallery, rezonatorów dyskowych do zastosowań w fotonice mikrofalowej. Pierwszym krokiem jest zmielenie i wypolerowanie krawędzi dysku krystalicznego, aż skala chropowatości jego powierzchni osiągnie wartość sub nanometra. Drugim krokiem jest zmierzenie chropowatości powierzchni za pomocą mikroskopu interferometrycznego AAU.

Następnie, a, światłowód jednomodowy jest rysowany podczas podgrzewania palnikiem w celu uzyskania światłowodu stożkowego o średnicy skali mikrometrycznej. Ostatnim krokiem jest użycie stożka do sprzężenia światła laserowego z rezonatorem dyskowym i wzbudzenia trybu szepczącej galerii, którego ścieżka światła w obie strony odpowiada całkowitej liczbie całkowitych odbić wewnętrznych. Ostatecznie moc pompy jest zwiększana, a inne tryby galerii szeptów są wzbudzane przez nieliniowość opieki.

Prowadzi to do krótkich impulsów w domenie czasowej i grzebienia częstotliwości w dziedzinie częstotliwości. Test przy użyciu mechanicznie polerowanego skrystalizowanego dysku jest taki, że możliwe jest osiągnięcie bardzo wysokiej jakości powierzchni przy małej absorpcji wewnętrznej. Grubość powierzchni można dokładnie określić za pomocą dostosowanego profilometru optycznego, a powiązany współczynnik C wykorzystuje metody cavi do wystrzeliwania światła do inicjatorów dysku.

Używamy włókien typu wytworzonych w naszym laboratorium. W przeciwieństwie do innych metod. Włókna typu zapewniają bardzo wysoką wydajność sprzężenia potrzebną do wyzwalania efektów nieliniowych.

Przy niskiej mocy pompy, nieliniowość opieki indukuje nowe częstotliwości, ponieważ wystarczająco wysoka moc lasera prowadzi do optycznej kolumny częstotliwości. W przypadku częstotliwości skorelowanych fazowo można wygenerować godne zaufania mikrofale, których używamy do zastosowań fotonix. Pierwszym krokiem w tym protokole jest wyprodukowanie rezonatora.

Zacznij od krystalicznego fluorku magnezu lub fluorku wapnia w oknie optycznym. W tym przypadku stosuje się krążek fluorku wapnia o średnicy sześciu milimetrów. Kryształ zostanie ukształtowany i wypolerowany na wieży polerskiej, takiej jak ta wykonana na zamówienie dla tego eksperymentu.

Próbki w tej wieży polerskiej są przymocowane do pręta, który jest przytrzymywany przez klej silnika wrzeciona, koniec pręta do środka krystalicznego okna optycznego, montuje pręt w silniku wrzeciona. Następnie przykryj metalową prowadnicę w kształcie litery V podkładką polerską odpowiednią do użytego kryształu. Weź przygotowaną mieszaninę proszku ściernego, takiego jak diament lub węglik krzemu o wielkości cząstek 10 mikronów i wody i wylej ją na podkładkę w prowadnicy.

Rozpocznij obrót kryształu z prędkością około 5 000 obr./min i przesuń prowadnicę w kierunku obracającego się kryształu, aby rozpocząć mielenie go przy 20 gramach. Ciśnienie Kontynuuj mielenie, aż kryształ będzie miał wypukły kształt, jak na tym obrazie wygenerowanym komputerowo. Może to zająć od dwóch do czterech godzin, w zależności od materiału.

Po uformowaniu kryształu kolejnym krokiem jest dalsze szlifowanie i polerowanie. Używając stopniowo mniejszych cząstek ściernych zmieszanych z wodą w prowadnicy, cały proces trwa od czterech do ośmiu godzin. W miarę postępu szlifowania i polerowania ważne jest, aby uzyskać informacje zwrotne na temat stanu powierzchni.

Początkowo, gdy kryształ jest nieprzezroczysty, użyj mikroskopu optycznego do oględzin. Powierzchnia powinna pozostać wolna od wad z chropowatością w skali wielkości ziarna ściernego. Później, po udanym polerowaniu cząstkami o wielkości jednego mikrona, kryształ staje się przezroczysty, a polerowanie optyczne zostało osiągnięte na późniejszych etapach przy użyciu mniejszych materiałów ściernych, wymagane są pomiary interferometryczne w celu scharakteryzowania powierzchni.

Użyj mikroskopu wyposażonego w obiektyw interferometru morale, aby jakościowo zbadać zmiany wysokości powierzchni za pomocą obserwowanych wzorców interferencji w celu morale. Połowa padającego światła jest kierowana na powierzchnię dysku, podczas gdy druga połowa jest odbijana przez lustro. Światło odbite przez dysk i światło z lustra wytwarzają wzór interferencyjny, który jest używany do scharakteryzowania powierzchni dysku.

Ten obraz interferometryczny pochodzi z powierzchni, która została wypolerowana proszkiem o grubości jednego mikrona. Wykazuje znaczne różnice wysokości. To zdjęcie pochodzi z powierzchni, która została wypolerowana proszkiem o grubości 100 nanometrów.

Wskazuje to na znacznie gładszą powierzchnię. Aby uzyskać bardziej szczegółową charakterystykę, należy użyć sterowanego komputerowo pomiaru zmian wysokości powierzchni na małym obszarze. Zdjęcie zostało wykonane w ciągu około godziny i obejmuje około 0,25 milimetra kwadratowego.

Szlifowanie i polerowanie należy kontynuować, dopóki dane interferometryczne nie zasugerują, że powierzchnia jest tak gładka, jak to tylko możliwe. W celu sprzężenia światła z dyskiem. Stożek jest rysowany w światłowodzie.

Po narysowaniu stożka średnica włókna w stożku zmniejsza się ze 125 mikronów do jednego mikrona. Tryby wyższego rzędu są stopniowo wzbudzane i zakłócają się nawzajem. Zostaje osiągnięty punkt krytyczny.

Kiedy te tryby wyższego rzędu są wyrzucane, tylko jeden tryb pozostaje prowadzony, a jego ulotne pole można wykorzystać do sprzężenia światła z dyskiem w celu wytworzenia światłowodu do sprzężenia z rezonatorem. Zacznij od około jednego metra jednomodowego włókna krzemionkowego. Połącz gołe włókno ze złączami FC z każdej strony.

Zdejmij około pięciu centymetrów powłoki z tworzywa sztucznego i polimeru ze środkowej części jednomodowego włókna krzemionkowego. Następnie podłącz jeden koniec światłowodu do źródła lasera w bliskiej podczerwieni o fali ciągłej, a drugi do fotodiody. Pozwala to na monitorowanie światłowodu.

Następnie przymocuj powlekaną część po obu stronach odizolowanego obszaru włókna do sterowanego komputerowo silnika o wysokiej rozdzielczości. Silniki powinny być sterowane komputerowo i skonfigurowane tak, aby ciągnęły końce w przeciwnych kierunkach przy stałym przyspieszeniu. Teraz podgrzej niepowlekaną część włókna za pomocą lampy lutowniczej przez około minutę.

Płomienie powinny być delikatne, aby uniknąć uszkodzenia rozwijającego się stożka. Po jednej minucie, nadal przykładając płomień, użyj interfejsu komputerowego silników, aby uruchomić każdy z nich poruszając się ze stałym przyspieszeniem około pięciu mikronów na kwadrat. Po drugie, po rozpoczęciu rysowania monitoruj transmisję stożka za pomocą źródła laserowego i fotodiody.

Wzorce zakłóceń IOD pojawią się podczas procesu, wzrosną częstotliwość, a następnie znikną dla średnicy odpadu bliskiej jednemu mikronowi. W tym momencie należy natychmiast zatrzymać zarówno ruch silnika, jak i płomień, aby sprzęgnąć światło z rezonatorem i zmierzyć tryby agan we wnęce. Rezonator i stożek światłowodu muszą być zbliżone do siebie pod mikroskopem.

Zamocuj rezonator na trójosiowym stopniu translacyjnym sterowanym przez PAO w pobliżu stożka światłowodu, używając mikroskopu do monitorowania względnego położenia rezonatora i stożka światłowodu. Przesuń rezonator na odległość mniejszą niż jeden mikron od stożka. Zastosuj lustro, aby pomóc w ustawieniu pionowym i kącie nachylenia, aby przetestować sprzężenie światłowodu i rezonatora.

Podłącz stożkowe włókno do widocznej diody laserowej. Gdy sprzężenie jest wydajne, rezonator powinien być oświetlony. Po osiągnięciu wydajnego sprzężenia zastąp widzialną diodę laserową laserem bez przeskoków, który wyrównał się z węższym niż rezonans

Drugi koniec stożka powinien być wprowadzony do fotodiody, która jest podłączona do oscyloskopu. Kiedy światło dostaje się do jamy, jego intensywność zmniejsza się wykładniczo z czasem. Charakterystyczny czas rozpadu nazywany jest czasem życia fotonu.

Ważną miarą zdolności magazynowania energii przez rezonator jest czynnik jakości definiowany jako iloczyn czasu życia fotonu i częstotliwości kątowej fotonu. Dokładny pomiar współczynnika jakości można wykonać za pomocą eksperymentu z pierścieniem wnękowym w dół, aby go przeprowadzić. Przemiataj laser wejściowy przez długości fal wystarczająco szybko, aby spowodować interferencję między rezonującym światłem zanikającym w komorze a rozstrojonym światłem z następnego czasu.

Następnie dostosuj położenie rezonatora i stożek, aby zmaksymalizować współczynnik jakości sprzężenia. Korzystając ze śladu oscyloskopu jako wskazówki, współczynnik jakości jest określany poprzez dopasowanie zmierzonej krzywej. Efekty nieliniowe można zaobserwować poprzez włożenie wzmacniacza optycznego między przestrajalny laser a rezonator.

Korzystając ze śladu oscyloskopu fotodiodowego do sprzężenia zwrotnego, dostrój laser do wejściowej długości fali bliskiej rezonansowi. W tym momencie podłącz światłowód wyjściowy do analizatora widma optycznego o wysokiej rozdzielczości. Zwiększ moc wejściową lasera, jednocześnie lekko rozstrajając długość fali pompy.

Nowe częstotliwości pojawią się po obu stronach szczytu pompy. Jest to pielęgnacyjny grzebień częstotliwości optycznej. Na tym wykresie transmisji w funkcji czasu, ślad w kolorze niebieskim został znaleziony przy użyciu techniki pierścienia wnękowego w dół na rezonatorze w trybie szepczącej galerii wykonanym z fluorku wapnia.

Dzięki metodom tego protokołu czerwona krzywa jest krzywą dopasowaną, na podstawie której można określić wewnętrzny współczynnik jakości 1,5 razy 10 do dziewiątego. Dane te pokazują pielęgnacyjny grzebień częstotliwości optycznej uzyskany dla rezonatora w trybie galerii szeptów. Centralna częstotliwość to częstotliwość lasera wejściowego, około 193,3 teraherca.

Pozostałe linie widmowe są tworzone przez nieliniowe oddziaływania w rezonatorze. Częstotliwość między każdą linią widmową wynosi sześć gigaherców, co odpowiada swobodnemu zakresowi spektralnemu rezonatora. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wyprodukować tryb galerii szeptów ultra HighQ, rezonatory, jak połączyć je z pompą laserową za pomocą stożkowego światłowodu i jak wygenerować kompensację częstotliwości optycznej.

Metody te umożliwiają badanie podstawowych oddziaływań materii lekkiej indukowanych przez silnie ograniczone pola laserowe w ośrodkach nieliniowych, co pozwala na eksplorację szerokiej gamy zastosowań technologicznych. Podczas wykonywania tej procedury nie zapomnij podjąć środków ostrożności, takich jak maski, kleje i certyfikowane laserowe okulary ochronne.