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Engineering

माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम फुसफुसा गैलरी मोड Resonators के आधार पर

doi: 10.3791/50423 Published: August 5, 2013

Summary

अति उच्च क्यू फुसफुसा गैलरी मोड resonators के आधार पर माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम का निर्माण करने के लिए हमारी प्रयोगशाला में विकसित अनुकूलित तकनीक प्रस्तुत कर रहे हैं. इन resonators और प्राप्त करने के लिए चिह्नित करना प्रोटोकॉल का विस्तृत रहे हैं, और माइक्रोवेव फोटोनिक्स में उनके आवेदनों में से कुछ की एक विवरण दिया जाता है.

Abstract

माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम माइक्रोवेव और ऑप्टिकल संकेतों के बीच बातचीत पर मौलिक रूप से निर्भर हैं. इन पद्धतियों अत्यंत ऐसे एयरोस्पेस और संचार इंजीनियरिंग, संवेदन, मैट्रोलोजी, Nonlinear फोटोनिक्स, और क्वांटम प्रकाशिकी के रूप में प्रौद्योगिकी और व्यावहारिक विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों के लिए वादा कर रहे हैं. इस अनुच्छेद में, हम अति उच्च क्यू फुसफुसा गैलरी मोड resonators के आधार पर माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम का निर्माण करने के लिए हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता प्रिंसिपल तकनीक मौजूद है. पहले इस तरह के लेंस या दूरबीन के दर्पण के रूप में ऑप्टिकल घटकों पॉलिश करने के लिए इस्तेमाल लोगों को करीब एक पीसने और पॉलिश तकनीक पर आधारित है जो गुंजयमान यंत्र चमकाने के लिए प्रोटोकॉल है इस लेख में विस्तृत जानकारी दी. फिर, जो चमकाने की गुणवत्ता को चिह्नित करने के लिए एक प्रमुख मानदंड एक श्वेत प्रकाश interferometric profilometer उपाय सतह खुरदरापन है. गुंजयमान यंत्र में प्रकाश का शुभारंभ करने के लिए, सुक्ष्ममापी रेंज में व्यास के साथ एक पतला सिलिका फाइबर का इस्तेमाल किया जाता है. ऐसे छोटे व्यास तक पहुँचने के लिएहै, हम अलग फाइबर खींचने के लिए एक साथ कंप्यूटर नियंत्रित मोटर्स का उपयोग कर "फ्लेम brushing" तकनीक, और पतला होने के लिए फाइबर क्षेत्र गर्म करने के लिए एक टांका लगाने का यंत्र अपनाने. गुंजयमान यंत्र और पतली फाइबर बाद में एक तरंग दैर्ध्य स्कैनिंग लेजर का उपयोग कर फुसफुसा गैलरी मोड की गूंज संकेत कल्पना करने के लिए एक दूसरे से संपर्क कर रहे हैं. एक केर ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी के गठन समदूरस्थ वर्णक्रमीय लाइनों से बना एक स्पेक्ट्रम के साथ मनाया जाता है जब तक गुंजयमान यंत्र, Nonlinear घटना में ऑप्टिकल शक्ति में वृद्धि से चालू होने वाले हैं. ये केर कंघी स्पेक्ट्रा विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में कई अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं कि असाधारण विशेषताएं हैं. हम अति स्थिर माइक्रोवेव आवृत्ति संश्लेषण से संबंधित आवेदन पर विचार करने और गीगा इंटरमोडल आवृत्ति के साथ एक केर कंघी की पीढ़ी का प्रदर्शन.

Introduction

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फुसफुसा गैलरी मोड प्रतिध्वनिकारकों डिस्क या सूक्ष्म या millimetric त्रिज्या 1,2,3,4 के क्षेत्रों रहे हैं. गुंजयमान यंत्र (नैनोमीटर आकार सतह खुरदरापन) लगभग पूरी तरह से आकार का है, बशर्ते कि लेजर प्रकाश आमतौर पर फुसफुसा गैलरी मोड (मुद्रा आपूर्ति संबंधी कार्यकारी दल) के रूप में भेजा जाता है जो अपने eigenmodes, भीतर कुल आंतरिक प्रतिबिंब द्वारा फँसाया जा सकता है. 11-05 अक्टूबर असाधारण उच्च हो सकता है क्यू उनकी गुणवत्ता कारक, 10 7 से लेकर, जबकि उनके मुक्त वर्णक्रमीय रेंज (या इंटरमोडल आवृत्ति), गीगा से की गुंजयमान यंत्र त्रिज्या के आधार पर THz के लिए भिन्न हो सकती हैं. एकत्रीकरण की अपनी अनूठी संपत्ति के लिए और प्रकाश धीमा होने के कारण, महिला ग्रैंड मास्टर ऑप्टिकल resonators कई ऑप्टिकल सिग्नल प्रोसेसिंग कार्यों 3 प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है: फ़िल्टरिंग, प्रवर्धन, समय देरी, आदि. निर्माण प्रौद्योगिकी के निरंतर सुधार के साथ, उनके अभूतपूर्व गुणवत्ता कारकों मैट्रोलोजी या क्वांट में भी अधिक की मांग आवेदन के लिए उपयुक्त बनानेउम आधारित अनुप्रयोगों 6-13.

इन अति उच्च क्यू resonators में, कारावास की छोटी मात्रा, उच्च फोटॉन घनत्व, और लंबे फोटोन जीवनकाल (क्यू के लिए आनुपातिक), केर की तरह, विभिन्न nonlinear प्रभाव के माध्यम से विभिन्न मुद्रा आपूर्ति संबंधी कार्यकारी दल उत्तेजित हो सकता है जो एक बहुत मजबूत प्रकाश मामला बातचीत, प्रेरित उदाहरण 14-19 के लिए रमन, या Brillouin. गैलरी मोड प्रतिध्वनिकारकों फुसफुसा में nonlinear घटना का उपयोग करना अति शुद्ध माइक्रोवेव और अंकों पीढ़ी के लिए एक आशाजनक बदलाव के रूप में प्रस्तावित किया गया था. इस विषय मौलिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों intersects तथ्य यह है कि विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला पर इसके बहुत मजबूत संभावित प्रभाव का एक स्पष्ट संकेत है. विशेष रूप से, एयरोस्पेस और संचार इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों बहुमुखी माइक्रोवेव और असाधारण जुटना साथ अंकों सिग्नल की जरूरत में वर्तमान में कर रहे हैं. महिला ग्रैंड मास्टर प्रौद्योगिकी मौजूदा या अन्य संभावित तरीकों पर कई फायदे हैं: वैचारिक सादगी, जigher मजबूती, छोटे बिजली की खपत, अब जीवन, हस्तक्षेप करने के लिए प्रतिरक्षा, बहुत कॉम्पैक्ट मात्रा, आवृत्ति बहुमुखी प्रतिभा, आसान चिप एकीकरण, साथ ही माइक्रोवेव और अंकों प्रौद्योगिकियों दोनों के लिए मानक फोटोनिक घटकों की मुख्य धारा को एकीकृत करने के लिए एक मजबूत क्षमता.

एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में, क्वार्ट्ज oscillators के नेविगेशन सिस्टम (विमानों, उपग्रहों, उड़ान, आदि) और पता लगाने प्रणालियों (रडार, सेंसर, आदि) दोनों के लिए महत्वपूर्ण माइक्रोवेव स्रोतों के रूप में घने प्रमुख हैं. हालांकि, यह सर्वसम्मति क्वार्ट्ज oscillators की आवृत्ति स्थिरता प्रदर्शन अपनी मंजिल तक पहुंच रहा है कि आज मान्यता प्राप्त है, और काफी अब और सुधार नहीं होगा. एक ही रेखा के साथ, उनकी आवृत्ति बहुमुखी प्रतिभा सीमित है और मुश्किल से 40 गीगा परे अति स्थिर माइक्रोवेव पीढ़ी के लिए अनुमति देगा. माइक्रोवेव फोटोनिक oscillators के इन सीमाओं को पार करने की उम्मीद कर रहे हैं. दूसरी ओर, संचार में इंजीनियरिंग, माइक्रोवेव फोटोनआईसी oscillators भी वे अभूतपूर्व दक्षता के साथ Lightwave / माइक्रोवेव रूपांतरण प्रदर्शन करेंगे जहां ऑप्टिकल संचार नेटवर्क में प्रमुख घटक होने की उम्मीद कर रहे हैं. उन्होंने यह भी अल्ट्रा फास्ट प्रोसेसिंग जो सक्षम अंकों प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में कॉम्पैक्ट पूर्ण ऑप्टिकल घटकों के मौजूदा रुझान के साथ संगत कर रहे हैं [/ नीचे रूपांतरण, मिश्रण (डी) मॉडुलन, प्रवर्धन, बहुसंकेतन, आदि] के बिना बड़े पैमाने पर हेरफेर करने की जरूरत है (और फिर धीमी गति से) इलेक्ट्रॉनों. फोटॉनों मीडिया nonlinear माध्यम फोटॉनों जहां नियंत्रण कॉम्पैक्ट photonic सर्किट की इस अवधारणा को सीमित optoelectronic के प्रसंस्करण की गति की तुलना में लगभग असीमित ऑप्टिकल बैंडविड्थ से होने वाले टोंटी को नाकाम करना है. ऑप्टिकल संचार प्रणाली भी बहुत clocking (कम चरण शोर समय घबराना कम करने के बराबर है) और बैंडविड्थ (बिट दरों घड़ी आवृत्ति के लिए आनुपातिक वृद्धि) की आवश्यकताओं को संतुष्ट करने के क्रम में अल्ट्रा कम चरण शोर माइक्रोवेव के लिए मांग कर रहे हैं. वास्तव में, में उच्च गति communication नेटवर्क, इस तरह के अति स्थिर oscillators के कई प्रयोजनों (ऊपर / नीचे आवृत्ति रूपांतरण के लिए स्थानीय थरथरानवाला, नेटवर्क तुल्यकालन, वाहक संश्लेषण, आदि) के लिए मौलिक संदर्भ हैं.

महिला ग्रैंड मास्टर resonators में nonlinear घटना भी ऐसी रमन और Brillouin लेज़रों के रूप में अन्य अनुप्रयोगों के लिए अनुसंधान के नए क्षितिज खोल सकते हैं. आम तौर पर, इन घटनाओं ऑप्टिकल गुहाओं और waveguides में nonlinear घटना की व्यापक परिप्रेक्ष्य के भीतर मिला दिया, और यह स्फटिक या सिलिकॉन फोटोनिक्स के लिए एक उपयोगी प्रतिमान है. किया जा सकता है फूल की कुर्सी की तरह मुद्रा आपूर्ति संबंधी कार्यकारी दल में मजबूत कारावास और फोटॉनों बहुत लंबे जीवनकाल भी बात गाढ़ा और क्वांटम भौतिकी में बुनियादी मुद्दों की जांच के लिए परीक्षण बेंच एक उत्कृष्ट प्रदान करते हैं. विद्युत संकेतों में कभी वृद्धि सटीकता के लिए दौड़ भी सर्वोत्कृष्ट सापेक्षता (Lorentz के invariance के लिए परीक्षण) से संबंधित भौतिकी में सवाल, या मूलभूत भौतिक स्थिरांक का माप एक जवाब देने के लिए योगदान देता हैएन डी समय के साथ अपने संभावित विविधता.

इस अनुच्छेद में, क्रिस्टलीय ऑप्टिकल फुसफुसा गैलरी मोड (महिला ग्रैंड मास्टर) प्रतिध्वनिकारकों प्राप्त करने के लिए आवश्यक विभिन्न चरणों का वर्णन कर रहे हैं और उनके लक्षण वर्णन विस्तार से बताया है. इसके अलावा प्रस्तुत इन resonators में जोड़ी लेजर प्रकाश के लिए आवश्यक उच्च गुणवत्ता पतली फाइबर प्राप्त करने के लिए प्रोटोकॉल है. अंत में, माइक्रोवेव फोटोनिक्स, केर कंघी का उपयोग कर अर्थात् अति स्थिर माइक्रोवेव पीढ़ी के क्षेत्र में इन resonators की एक प्रमुख आवेदन प्रस्तुत किया और चर्चा की है.

पहले खंड में, हम विस्तार प्रोटोकॉल अति उच्च क्यू महिला ग्रैंड मास्टर प्रतिध्वनिकारकों प्राप्त करने के लिए पीछा किया. हमारे विधि ऐसे लेंस या दूरबीन के दर्पण के रूप में ऑप्टिकल घटकों पॉलिश करने के लिए प्रयोग किया जाता मानक तकनीक को याद ताजा करती है जो एक पीसने और पॉलिश के दृष्टिकोण पर निर्भर करता है. दूसरे खंड सतह खुरदरापन के लक्षण वर्णन के लिए समर्पित है. हम सतह को मापने के लिए एक गैर संपर्क श्वेत प्रकाश interferometric profilometer उपयोग आरबिखरने प्रेरित नुकसान सतह और इस तरह क्यू कारक प्रदर्शन को कम करने की ओर जाता है जो oughness. यह कदम चमकाने की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रायोगिक परीक्षण है. तीसरे खंड गुंजयमान यंत्र में प्रकाश का शुभारंभ करने के क्रम में निर्माण के साथ सुक्ष्ममापी रेंज में व्यास के साथ एक पतला सिलिका फाइबर का संबंध है. ऐसे छोटे व्यास तक पहुँचने के लिए, हम अलग फाइबर खींचने के लिए एक साथ कंप्यूटर नियंत्रित मोटर्स का उपयोग कर "फ्लेम brushing" तकनीक, और 20 पतला होने के लिए फाइबर क्षेत्र गर्म करने के लिए एक टांका लगाने का यंत्र अपनाने. चौथे खंड में, गुंजयमान यंत्र और पतली फाइबर एक तरंग दैर्ध्य स्कैनिंग लेजर का उपयोग कर फुसफुसा गैलरी मोड की गूंज संकेत कल्पना करने के लिए एक दूसरे से संपर्क कर रहे हैं. हम समान दूरी वर्णक्रमीय लाइनों से बना एक स्पेक्ट्रम के साथ, गुंजयमान यंत्र में ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाने के द्वारा, हम केर ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी के गठन का निरीक्षण तक अरेखीय घटना को ट्रिगर करने के लिए प्रबंधन कैसे, पांचवें खंड में दिखा. ई के रूप मेंऊपर mphasized, इन केर कंघी स्पेक्ट्रा विज्ञान और प्रौद्योगिकी 21-23 दोनों में कई अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं कि असाधारण विशेषताएं हैं. हम जिसका इंटरमोडल आवृत्ति एक अल्ट्रा स्थिर माइक्रोवेव है एक ऑप्टिकल बहु तरंगदैर्ध्य संकेत प्रदर्शन से महिला ग्रैंड मास्टर resonators की सबसे उल्लेखनीय आवेदनों में से एक पर विचार करेगी.

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Protocol

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प्रोटोकॉल 5 मुख्य चरण में होते हैं: पहले एक में, गुंजयमान यंत्र फुसफुसा गैलरी मोड बना है. गुंजयमान यंत्र की चमकाने की प्रगति को नियंत्रित करने के लिए, सतह राज्य मापन किया जाता है. तीसरे चरण में, हम गुंजयमान यंत्र में प्रकाश का शुभारंभ करेंगे कि उपकरण बनाना. उन दो मुख्य उपकरण निर्मित कर रहे हैं एक बार, हम ऑप्टिकल उच्च क्यू अनुनादों कल्पना करने के लिए उन्हें इस्तेमाल करते हैं. अंत में, एक उच्च शक्ति इनपुट लेजर बीम का उपयोग, गुंजयमान यंत्र एक nonlinear फैशन में व्यवहार करती है और केर कंघी उत्पादित कर रहे हैं.

1. गुंजयमान यंत्र चमकाने

इस चरण में, गुंजयमान यंत्र स्फटिक एक ऑप्टिकल खिड़की (एमजीएफ 2 या ऑप्टिकल घटक खुदरा विक्रेताओं से आसानी से उपलब्ध सीएएफ 2) आकार और पॉलिश है. इस चमकाने प्रक्रिया उच्च गुणवत्ता महिला ग्रैंड मास्टर resonators में उन्हें धर्मान्तरित. अनुकूलित चमकाने टॉवर योजना 1 में प्रस्तुत किया है.

  1. एक पर गोंद क्रिस्टलीय ऑप्टिकल खिड़कीहवा असर तकला मोटर द्वारा आयोजित किया जा सकता है कि छड़ी.
  2. कोट उचित चमकाने समर्थन ऊतक के साथ एक वी के आकार का धातु गाइड, और पानी के साथ मिश्रित 10 माइक्रोन घर्षण पाउडर (एल्यूमीनियम ऑक्साइड, हीरा, या सिलिकॉन कार्बाइड) डालना. कताई डिस्क (लगभग 5,000 आरपीएम, 20 ग्राम दबाव) के लिए इस गाइड दृष्टिकोण और इसे पीसने शुरू करते हैं. सामग्री और कताई गति पर निर्भर करता है, इस प्रक्रिया 4 घंटा (एमजीएफ 2 के लिए) के लिए 2 घंटा (सीएएफ 2 के लिए) से पिछले कर सकते हैं. इस चमकाने कदम गुंजयमान यंत्र को अपने द्वि उत्तल आकार दे देंगे. इस चरण के अंत में डिस्क योजना 2 में प्रस्तुत आकार दिया जाना चाहिए.
  3. अगले कदम के लिए आम तौर पर "पीस और चमकाने" प्रक्रिया 24 कहा जाता है. यह आम तौर पर आकार 10 माइक्रोन, 3 माइक्रोन, 1 माइक्रोन, 250 एनएम, और अंत में 100 एनएम के घर्षण कण के साथ पूर्ववर्ती कदम दोहराने में होते हैं. समर्थन ऊतक छोटे अनाज के लिए कम कठोर किया जा रहा है, प्रत्येक कण आकार के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए. खरोंच से बचने के लिएऔर पट्टियों, गाइड की एक क्षैतिज अनुवाद किया जा सकता है. लगातार पीस और चमकाने के हर कदम पर, सतह की अवस्था में सुधार किया जाना चाहिए.

2. भूतल के राज्य नियंत्रित

  1. एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत एक दृश्य नियंत्रण एक सतह राज्य के नियंत्रण के लिए पहला कदम है: डिस्क पहले चरण में प्रकाश में अपारदर्शी है, लेकिन, एक सफल 1 माइक्रोन कण चमकाने के बाद, डिस्क पारदर्शी हो जाता है और अपने पक्ष रोशनी को प्रतिबिंबित: इसलिए ऑप्टिकल पॉलिश पहुँच गया है कहा जाता है और गुंजयमान यंत्र की गुणवत्ता कारक 10 5 में होना चाहिए - 10 6 रेंज.
  2. छोटे घर्षण के लिए, आंख भी एक मानक माइक्रोस्कोप का उपयोग, सतह की स्थिति का मूल्यांकन करने में सक्षम नहीं है. इस बिंदु पर, सतह राज्य के एक interferometric माप की जरूरत है. एक Mirau व्यकिकरणमीटर उद्देश्य लेंस के साथ और एक सफेद प्रकाश स्रोत के साथ सुसज्जित एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करें. गुंजयमान यंत्र की छवि वाई हस्तक्षेपएक संदर्भ विमान वें, इस प्रकार अर्थात् तरंगदैर्ध्य, कुछ नैनोमीटर के एक अंश का एक संकल्प के साथ हर बिंदु पर स्वतंत्र रूप से प्रसंस्करण उपकरण की सतह की ऊंचाई स्थानांतरण एक सफेद रोशनी चरण से खुलासा. यह माप भी डिस्क 25 की वक्रता का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
  3. नमूना और उद्देश्य के बीच लंबाई को संशोधित करके, गुंजयमान यंत्र प्रतिबिंब के ऑप्टिकल चरण का निर्धारण और सतह की ऊंचाई विविधताओं की गणना. यह एक समर्पित कंप्यूटर को स्वचालित धन्यवाद किया जा सकता है, और सतह ऊंचाई का एक नक्शा नमूना का खुरदरापन के निर्धारण की अनुमति के लिए बनाया जाता है. जैसा कि चित्र 1 में समझाया सतह खुरदरापन मॉनिटर, और हस्तक्षेप किनारे सहज संभव हैं जब पीस चमकाने प्रक्रिया बंद करो.

3. टेपर आरेखण

गुंजयमान यंत्र में जोड़े प्रकाश करने के लिए, एक बहुत छोटे से ऑप्टिकल फाइबर की जरूरत है: इसका व्यास लगभग 3 माइक्रोन होना चाहिए(एक मानव बाल की तुलना में लगभग 20 गुना छोटा).

  1. एक लगभग 5 सेमी लंबाई पर अपनी प्लास्टिक और बहुलक कोटिंग बंद एक मानक एकल मोड सिलिका फाइबर (SMF) पट्टी. निगरानी प्रयोजनों के लिए, फाइबर अपने इनपुट, और उसके उत्पादन पर एक photodiode पर एक लेजर स्रोत से जुड़ा होना चाहिए.
  2. दो कंप्यूटर नियंत्रित उच्च संकल्प मोटर्स के लिए फाइबर की uncoated खंड के प्रत्येक आकार को ठीक करें. मोटर्स के कंप्यूटर इंटरफेस का उपयोग करना, फाइबर के प्रत्येक पक्ष अलग निकाला जाएगा, जिससे कि उन्हें एक लगातार त्वरित गति के साथ स्थानांतरित करने के लिए कॉन्फ़िगर.
  3. खींच शुरू करने से पहले के बारे में 1 मिनट के लिए एक टांका लगाने का यंत्र दीपक के साथ दो निर्धारण अंक के बीच uncoated फाइबर गरम करें. लौ यह बहुत छोटा है, एक बार दूर घटना को उड़ाने के लिए नहीं क्रम में कोमल होना चाहिए.
  4. मोटर्स आंदोलन शुरू करो, और इस प्रकार, फाइबर की खींच. ड्राइंग शुरू कर दिया है एक बार, एक एक लेजर स्रोत और एक photodiode का उपयोग कर घटना के प्रसारण की निगरानी कर सकते हैं: हस्तक्षेप पैटर्न होगाप्रक्रिया के दौरान दिखाई देते हैं, उनकी आवृत्ति में वृद्धि होगी, और, अंततः, वे 1 माइक्रोन के पास एक कमर व्यास के लिए गायब हो जाएगा. इस स्तर पर, मोटर और लौ एक साथ बंद कर दिया जाना चाहिए.

4. महिला ग्रैंड मास्टर गुंजयमान यंत्र में युग्मन लाइट

इस चरण में, शंकु गुंजयमान यंत्र में कुछ प्रकाश के लिए प्रयोग किया जाता है और चित्रा 2 में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं जो गुहा, के उच्च क्यू eigenmodes निरीक्षण करने के लिए.

  1. एक 3 अक्ष Piezo नियंत्रित अनुवाद मंच पर गुंजयमान यंत्र को ठीक करें. कम से कम 1 मीटर की दूरी पर फाइबर शंकु के लिए यह दृष्टिकोण. फाइबर शंकु और गुंजयमान यंत्र के रिश्तेदार की स्थिति, एक माइक्रोस्कोप की बदौलत नजर रखी है, और एक दर्पण ऊर्ध्वाधर स्थिति और झुकाव कोण को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है.
  2. एक दृश्य लेजर डायोड के लिए फाइबर शंकु कनेक्ट: युग्मन कुशल है जब 3 चित्र में दिखाया के रूप में गुंजयमान यंत्र, प्रबुद्ध होना चाहिए.
  3. फाइबर शंकु से कनेक्ट करेंएक छोर से एक संकीर्ण linewidth (प्रतिध्वनि की linewidth से संकरा), और दूसरे छोर पर एक आस्टसीलस्कप से जुड़े एक photodiode साथ एक मोड हॉप मुक्त लेजर. गुंजयमान यंत्र के प्रसारण प्रतिक्रिया इनपुट पर तरंगदैर्ध्य स्कैनिंग के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. मोड और उनके linewidths (आधा अधिकतम पर पूरी चौड़ाई) की अनुनाद आवृत्ति के बीच अनुपात की गणना के द्वारा, प्राप्त ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम का उपयोग कर गुंजयमान यंत्र की गुणवत्ता कारक का मूल्यांकन.
  4. एक और अधिक सटीक माप व्यापक तरंगदैर्ध्य गुंजयमान यंत्र में खस्ताहाल गूंज प्रकाश और बाद में एक समय में detuned प्रकाश के बीच हस्तक्षेप प्राप्त करने के लिए काफी तेजी से है जहां "गुहा अंगूठी नीचे" प्रयोग 26, के साथ किया जाता है. एक घटना की स्थिति और युग्मन क्यू कारक बढ़ाने के लिए और 4 चित्र में दिखाया विशिष्ट स्वरूप प्राप्त करने के लिए गुंजयमान यंत्र धुन ठीक कर सकते हैं. जुड़े फिट वक्र गुंजयमान यंत्र की गुणवत्ता कारक देता है.
  5. 5. कंघी जनरेटिंग

    इस अंतिम चरण में, एक उच्च शक्ति लेजर पंप गुंजयमान यंत्र में nonlinear प्रभाव उत्तेजित.

    1. Tunable लेजर और गुंजयमान यंत्र के बीच एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर डालें.
    2. इनपुट तरंगदैर्ध्य एक गूंज के बगल में है कि इतना photodiode और आस्टसीलस्कप के लिए धन्यवाद, लेजर स्रोत ठीक धुन.
    3. एक उच्च संकल्प ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक के लिए उत्पादन फाइबर कनेक्ट और थोड़ा पंप तरंगदैर्ध्य detuning जबकि इनपुट शक्ति में वृद्धि. नई आवृत्तियों पंप चोटी के प्रत्येक पक्ष पर दिखाई देगा: यह एक केर ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी है.
    4. Photodiode के लिए वापस स्विचन, हम बनाया विभिन्न वर्णक्रमीय मोड के बीच मार निरीक्षण कर सकते हैं. एक माइक्रोवेव बैंड पास फिल्टर का उपयोग करना, एक बहुत कम शोर के साथ इस बिजली के संकेत में एक शुद्ध आवृत्ति को अलग कर सकते हैं.

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Representative Results

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इस पांच कदम प्रोटोकॉल माइक्रोवेव फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत उच्च गुणवत्ता वाले कारकों के साथ महिला ग्रैंड मास्टर प्रतिध्वनिकारकों प्राप्त करने के लिए सक्षम बनाता है.

योजना 2 पर प्रतिनिधित्व के रूप में पहला कदम है, गुंजयमान यंत्र वांछित आकार को दे करना है. यहाँ मुख्य कठिनाई जिसका रिम ताकि यह दृढ़ता से एक यांत्रिक दृष्टि से संरचनात्मक कमजोरी के लिए अग्रणी के बिना, फंस फोटॉनों सीमित कर सकते हैं काफी तेज है एक डिस्क का निर्माण होता है. यह आकार और आकार और थोक सामग्री की एक विस्तृत परिवर्तनशीलता के साथ डिस्क पीस अनुमति देता है यह चमकाने टावर भी उल्लेखनीय बहुमुखी प्रतिभा के पास.

यह चित्र 1 में देखा जा सकता है के रूप में चमकाने की प्रक्रिया के अंत में, एक नैनोमीटर पैमाने पर सतह खुरदरापन (रूट वर्ग मतलब है), हासिल किया गया है. यह बहुत छोटे सतह खुरदरापन चित्रा 4 की गुहा अंगूठी नीचे माप द्वारा प्रदर्शित के रूप में, 10 9 से बेहतर एक गुणवत्ता कारक के साथ जुड़ा हुआ है.

फाइबर शंकु का निर्माण 90% से अधिक में एक संचरण गुणांक के साथ, नीचे एक माइक्रोन व्यास को कम करने के लिए सक्षम बनाता है. फाइबर शंकु के लिए इस तरह के एक छोटे व्यास गुंजयमान यंत्र में जोड़े प्रकाश की जरूरत है, और एक उच्च संचरण गुणांक nonlinear प्रभाव प्राप्त करने के लिए आवश्यक है. युग्मन क्यू कारक जिससे पतली फाइबर युग्मन के उच्च गुणवत्ता दिखा, 9 10 से अधिक है.

गुंजयमान यंत्र में प्रकाश का युग्मन के लिए प्रयोगात्मक स्थापना योजना 3 में दिखाया गया है, और तंत्र की एक तस्वीर 3 चित्र पर दिखाया गया है. गुंजयमान यंत्र द्वारा उत्सर्जित हरी बत्ती युग्मन वास्तव में कुशल साबित होता है कि.

अंत में, पंप बढ़ जाती है जब, Nonlinear घटना सफलतापूर्वक गुहा में उत्साहित हैं और पीढ़ी केर ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी सक्षम, के रूप में 6 चित्र में दिखाया गया. ये कंघी पर बाद उल लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैटीआरए स्थिर माइक्रोवेव पीढ़ी.

योजना 1
योजना 1. महिला ग्रैंड मास्टर अति उच्च गुणवत्ता डिस्क का निर्माण किया अनुकूलित चमकाने टॉवर,.

योजना 2
योजना 2. ऊंचाई 1 मिमी के आसपास है, जबकि सॉफ्टवेयर जनित पक्ष और पीसने के बाद गुंजयमान यंत्र एक ऑप्टिकल महिला ग्रैंड मास्टर के शीर्ष दृश्य. व्यास, 5 मिमी के आदेश का आमतौर पर है. केंद्रीय छेद रिम को छू के बिना, एक ठूंठ का उपयोग कर डिस्क पकड़ और हेरफेर करने के लिए सक्षम बनाता है. एक सादे डिस्क (बेलनाकार है) से शुरू, चमकाने प्रक्रिया एक वी के आकार फैशन में बाहरी हिस्सा grinds.

स्कीम 3
योजना 3. केर कंघी पीढ़ी के लिए प्रयोगात्मक स्थापनाएक tunable लेजर डायोड से. हल्की पतली फाइबर के माध्यम से गुंजयमान यंत्र महिला ग्रैंड मास्टर में परिलक्षित होता है और शुरू की है. उत्पादन में संकेत या तो एक आस्टसीलस्कप पर संकेत नजर रखने के लिए या केर कंघी की निगरानी के लिए एक उच्च संकल्प ऑप्टिकल वर्णक्रमीय विश्लेषक या हरा नोट संकेत निकालने के लिए एक photodiode पर एकत्र किया जाता है.

चित्रा 1
चित्रा 1. पीसने और पॉलिश प्रोटोकॉल के दो अलग अलग चरणों में गुंजयमान यंत्र एक महिला ग्रैंड मास्टर के व्हाइट प्रकाश interferogram पैटर्न: पहले एक 1 माइक्रोन चमकाने कदम (क), 100 एनएम चमकाने (ख) के बाद दूसरे नंबर पर एक के बाद लिया गया था. गुंजयमान यंत्र की सुविधाओं को पूरी तरह से लगातार चमकाने आपरेशन द्वारा smoothed रहे थे.

चित्रा 2
चित्रा 2. कुल आंतरिक प्रतिबिंब द्वारा प्रकाश को फँसाने है कि एक फूल की कुर्सी की तरह महिला ग्रैंड मास्टर के स्थानिक प्रतिनिधित्व के शीर्ष दृश्य. इस महिला ग्रैंड मास्टर डिस्क अर्ध समदूरस्थ गुंजयमान मोड (जब भी eigenmodes के एक ही परिवार से संबंधित) के हजारों का समर्थन करता है. वे मिमी आकार के डिस्क के लिए 10 गीगा के आदेश के एक मुक्त वर्णक्रमीय रेंज (एफएसआर) है.

चित्रा 3
चित्रा 3. गुंजयमान यंत्र एक महिला ग्रैंड मास्टर में दृश्य प्रकाश का युग्मन. युग्मन है प्रभावी फाइबर शंकु द्वारा निर्देशित हरी बत्ती गुंजयमान यंत्र रोशन कर रहा है के बाद से.

चित्रा 4
4 चित्रा. गुंजयमान यंत्र एक महिला ग्रैंड मास्टर से गुहा अंगूठी नीचे संकेत. ढाले वक्र की गुणवत्ता कारक के समानुपाती होती है जो गुहा, में आंतरिक और युग्मन फोटॉन जन्मों देता हैगुंजयमान यंत्र. इधर, 1.5 एक्स 10 9 का अभिन्न गुणवत्ता कारक हासिल किया गया है.

चित्रा 5
चित्रा 5. महिला ग्रैंड मास्टर resonators में केर कंघी पीढ़ी तंत्र. एक गुहा मोड एक गुंजयमान लेजर के साथ एक दिया सीमा से ऊपर पंप है, फोटॉनों जुड़कर चार लहर मिश्रण के माध्यम से पड़ोसी पक्ष मोड के लिए वितरित कर रहे हैं, किसी भी चार फोटॉनों α शामिल हो सकता है जो, β, γ, और δ, ऊर्जा और गति संरक्षण की शर्तों को पूरा करने. यह अपेक्षाकृत अंतर गुहा बिजली क्षेत्र के लिए अपवर्तन सूचकांक में एक द्विघात परिवर्तन लाती है जो केर प्रभाव का एक सीधा परिणाम है.

चित्रा 6
6 चित्रा. प्रायोगिक केर ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी. केंद्रीय आवृत्ति च

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Discussion

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इस प्रोटोकॉल में उन्हें जोड़े प्रकाश में, उच्च क्यू ऑप्टिकल resonators उत्पादन की अनुमति देता है और विभिन्न माइक्रोवेव फोटोनिक्स अनुप्रयोगों के लिए nonlinear घटना को ट्रिगर.

किसी न किसी पीस का पहला कदम गुंजयमान यंत्र के लिए अपने आकार देना चाहिए. 10 माइक्रोन घर्षण पाउडर के साथ पीस के एक घंटे के बाद, गुंजयमान यंत्र के रिम का एक पक्ष (योजना 2 देखें) सुविधा के आकार का होना चाहिए. निम्नलिखित कदम गुंजयमान यंत्र की सतह चिकनी जाएगा और 1 माइक्रोन व्यास घर्षण पाउडर के मंच तक पहुंच गया है, जब इसकी सतह पारदर्शी होना चाहिए. यह एक ऑप्टिकल पॉलिश कहा जाता है. बहरहाल, यह एक उच्च गुणवत्ता कारक और अतिरिक्त कदम nanometer पैमाने खुरदरापन के साथ एक बेहतर गुणवत्ता की सतह को प्राप्त करने के लिए छोटे घर्षण कणों के साथ की जरूरत है पाने के लिए पर्याप्त नहीं है. हम क्यू सतह बिखरने प्रेरित नुकसान के लिए नेतृत्व जो सतह अनियमितताओं को मापने के लिए एक श्वेत प्रकाश interferometric profilometer का उपयोग करें और इस तरह कम चित्रा 1 प्रक्रिया के दो अलग अलग चरणों में एक profilometer साथ लिया दो चित्रों से पता चलता है. पहले एक एक परेशान हस्तक्षेप पैटर्न के साथ एक अनियमित सतह दिखा, पीस कदम के बाद लिया है. हालांकि, चमकाने कदम के बाद, हस्तक्षेप पैटर्न गुंजयमान यंत्र की सतह राज्य के 10 एनएम पैमाने पर चिकनी है कि खुलासा, चिकनी और नियमित रूप से है. इस उच्च क्यू resonators के क्रम में प्राप्त करने के लिए देखा जाना चाहिए. यह रिम के लिए इस कोण आकार पीस चरणों के दौरान बहुत ज्यादा यांत्रिक तनाव उत्प्रेरण के बिना उच्चतम मोडल प्रसूति के लिए अनुमति देने के लिए अनुकूलित किया जाना है कि यह नोट करना भी महत्वपूर्ण है.

घटना में ड्राइंग प्रोटोकॉल कम संचरण हानि प्राप्त करने के लिए एक छोटी सी सुधार आवश्यक है. यह अत्यधिक इस्तेमाल किया टांका लगाने का यंत्र पर निर्भर करता है, लेकिन फाइबर से लौ से दूरीहीटिंग क्षेत्र व्यापक है कि इस तरह से किया जाना चाहिए. लगातार त्वरण पैरामीटर के लिए विशिष्ट मूल्य 5 μm.s -2 के आसपास है, लेकिन यह हर लौ शक्ति को और तैयार हो शंकु के आकार के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए.

पतली फाइबर के लिए गुंजयमान यंत्र के करीब पहुंच भी बहुत अच्छी तरह से एक माइक्रोमीटर संकल्प अनुवाद चरण के उपयोग के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है, और एक द्विनेत्री माइक्रोस्कोप के साथ निगरानी की जानी चाहिए कि एक प्रक्रिया है. ऊर्ध्वाधर संरेखण और झुकाव कोण भी एक अच्छा युग्मन और एक उच्च गुणवत्ता वाले कारक प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण हैं. युग्मन (देखें चित्र 2) कुशल है एक बार, ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम स्कैनिंग मोड में एक तरंग दैर्ध्य-tunable लेजर का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है. व्यापक काफी तेजी से और गुंजयमान यंत्र पर्याप्त रूप से उच्च गुणवत्ता कारक है, तो संचरित संकेत के रूप में 3 चित्र में देखा व्यवहार करना चाहिए. इस प्रयोगात्मक वक्र ढाले करके, हम रेस के आंतरिक गुणवत्ता कारक निकालने में सक्षम हैंonator.

यह गुंजयमान यंत्र में प्रकाश युग्मन के अन्य साधन एक चश्मे 27 या कोण से पॉलिश फाइबर 28 के साथ अर्थात्, संभव है कि ध्यान दिया जाना चाहिए. दोनों तरीकों कांच और हवा के बीच इंटरफेस पर एक परिलक्षित किरण की क्षणभंगुर क्षेत्र का इस्तेमाल करते हैं. इन तरीकों का लाभ युग्मन अधिक स्थिर है कि है, लेकिन, दोनों ही मामलों में जरूरत संरेखण घटना विधि की तुलना में प्राप्त करने के लिए और अधिक कठिन है. पतली फाइबर युग्मन की दक्षता भी चश्मे और कोण से पॉलिश फाइबर युग्मन के साथ प्राप्त किया जा सकता है की तुलना में ऊपर (99.9% 15) अधिक है.

गुंजयमान यंत्र में nonlinearity के एक उच्च शक्ति पंप के साथ उत्साहित किया जा सकता है. के गुंजयमान यंत्र मुक्त वर्णक्रमीय रेंज (या एक पूर्णांक एकाधिक): चार लहर मिश्रण के प्रसिद्ध प्रक्रिया एक अच्छी तरह से परिभाषित निरंतर द्वारा अलग गुंजयमान यंत्र में तेज वर्णक्रमीय लाइनों पैदा करता है. एक तेजी से photodiode और एक बैंड पास फिल्टर का प्रयोग, एक इस संक्षिप्त निकाल सकते हैंई एक कम शोर माइक्रोवेव संकेत जनरेटर उत्पन्न करने के लिए निश्चित आवृत्ति खाई. हालांकि, इस प्रक्रिया सामान्य रूप से संकेत नियंत्रण और दृष्टांत 29 के लिए यहाँ पर विचार नहीं किया गया है जो स्थिरीकरण के लिए परिष्कृत प्रतिक्रिया छोरों की आवश्यकता है.

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Disclosures

लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.

Acknowledgments

YCK परियोजना NextPhase (ईआरसी STG 278616) के माध्यम से यूरोपीय अनुसंधान परिषद से वित्तीय सहायता को स्वीकार करता है. ANR परियोजना ORA (Blan 031202) से, और: लेखक भी परियोजना SHYRO (10076201 लड़ाई आर एंड टी R-S10/LN-0001-004/DA) के माध्यम से केंद्र में राष्ट्रीय देतुदेस स्पतिअलेस (सीएनईएस, फ्रांस) से समर्थन स्वीकार क्षेत्र डे Franche-Comte, फ्रांस से.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Step motors 50 mm course Thorlabs
3 axis nanostage Physik Instrumente
TUNICS tunable laser source Yenista
Optical spectrum analyzer APEX APEX Technologies

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माइक्रोवेव फोटोनिक्स सिस्टम फुसफुसा गैलरी मोड Resonators के आधार पर
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Coillet, A., Henriet, R., Phan Huy, K., Jacquot, M., Furfaro, L., Balakireva, I., Larger, L., Chembo, Y. K. Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators. J. Vis. Exp. (78), e50423, doi:10.3791/50423 (2013).More

Coillet, A., Henriet, R., Phan Huy, K., Jacquot, M., Furfaro, L., Balakireva, I., Larger, L., Chembo, Y. K. Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators. J. Vis. Exp. (78), e50423, doi:10.3791/50423 (2013).

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