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Engineering

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

doi: 10.3791/50423 Published: August 5, 2013

Summary

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.

Abstract

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템은 전자 레인지와 광 신호 사이의 상호 작용에 근본적으로 의존하고 있습니다. 이러한 시스템은 매우 우주 항공 및 통신 공학, 감지, 계측, 비선형 포토닉스, 양자 광학 등의 기술 및 응용 과학의 다양한 분야에 대한 약속입니다. 이 문서에서는, 우리는 매우 높은 Q의 속삭이는 갤러리 모드 공진기를 기반으로 전자 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 실험실에서 사용되는 주요 기법을 제시한다. 최초의 렌즈 나 거울 망원경과 같은 광학 부품 연마하는 데 사용되는 것과 가까운 갈기 - 및 - 폴란드어 기술을 기반 공진기 연마를위한 프로토콜은이 문서에서 설명. 그런 다음, 어느 연마의 품질을 특성화하는 중요한 매개 변수 백색광 간섭계 profilometer 측정 표면 거칠기이다. 공진기에서 빛을 발사하기 위해, 마이크로 미터 범위의 직경 테이퍼 실리카 섬유가 사용됩니다. 이러한 작은 직경에 도달의, 우리는 떨어져 섬유를 뽑아 동시에 컴퓨터 제어 모터를 사용하여 "불꽃 칫솔질"기술, 그리고 테이퍼로 섬유 영역을 가열 토치를 채택한다. 공진기와 테이퍼 섬유는 나중에 파장 스캐닝 레이저를 이용하여 속삭이는 갤러리 모드의 공진 신호를 시각화하기 위해 서로에게 접근하고 있습니다. 커 광학 주파수 빗의 형성이 등거리 스펙트럼 라인으로 만들어진 스펙트럼으로 관찰 될 때까지 공진기, 비선형 현상의 광 출력을 증가시켜 트리거됩니다. 이러한 커 빗 스펙트럼은 과학 기술의 여러 응용 프로그램에 적합한 뛰어난 특성을 가지고. 우리는 매우 안정적인 마이크로 웨이브 주파수 합성에 관련된 응용 프로그램을 고려 GHz의 복합 주파수가 커 빗의 생성을 보여줍니다.

Introduction

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속삭이는 갤러리 모드 공진기는 디스크 또는 마이크로 또는 millimetric 반경 1,2,3,4의 분야입니다. 공진기 (나노 미터 크기의 표면 거칠기) 거의 완벽하게 모양입니다 제공, 레이저 광은 일반적으로 속삭이는 - 갤러리 모드 (WGMS)라고 그 고유 모드 내에서 내부 전반사에 의해 갇혀 될 수 있습니다. 10월 11일에서 5일까지 매우 높은 수 있습니다 Q의 품질 계수가 10에서 7까지하면서 자유 스펙트럼 범위 (또는 복합 주파수) GHz의에서의 공진기 반경에 따라 테라 헤르츠에 따라 다를 수 있습니다. 비축의 고유 재산에 빛을 둔화 때문에, WGM 광학 공진기 많은 광 신호 처리 작업 3을 수행하는 데 사용되었습니다 필터링, 증폭, 시간 지연 등. 제조 기술의 지속적인 개선으로, 전례없는 품질 요소는 계측 또는 계량 더욱 까다로운 애플리케이션에 적합하게UM 기반 응용 프로그램 6-13.

이러한 초고 Q 공진기에 감금 작은 양, 높은 광자 밀도, 긴 광자 수명 (Q에 비례), 커 같은 다양한 비선형 효과를 통해 다양한 WGMS을 자극 할 수 있습니다 매우 강한 빛을 물질의 상호 작용을 유도 예 14-19를위한 라만, 또는 루앙. 갤러리 모드 공진기를 속삭이는에서 비선형 현상을 사용하는 것은 매우 순수 전자 레인지와 광파 생성을위한 유망한 패러다임으로 제안되었다. 이 항목은 기초 과학 및 기술의 많은 부분을 교차한다는 사실은 학문의 넓은 범위에 그것의 매우 강한 잠재적 인 영향의 명확한 지표입니다. 특히, 항공 우주 및 통신 공학 기술은 다양한 전자 레인지와 뛰어난 일관성을 가진 광파 신호를 필요로 현재. WGM 기술은 기존의 또는 미래의 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다 : 개념적 단순성, 시간을igher 견고성, 작은 전력 소비, 긴 수명, 간섭에 대한 내성, 매우 컴팩트 한 볼륨, 주파수 다양성, 쉬운 칩 통합뿐만 아니라, 전자 레인지, 광파 기술 모두에 대한 표준 광 부품의 주류를 통합하기위한 강력한 잠재력을.

항공 우주 공학, 석영 발진기는 네비게이션 시스템 (비행기, 인공위성, 우주선 등) 탐지 시스템 (레이더, 센서, 등) 모두에 대한 주요 전자 소스로 압도적으로 지배적이다. 그러나 만장일치로 석영 발진기의 주파수 안정도 성능의 바닥에 도달했다고 인식하고, 크게 더 이상 향상되지 않습니다. 같은 라인을 따라, 그들의 주파수 다양성이 제한되어 거의 40 GHz의 이상으로 매우 안정적인 전자의 생성을 허용하지 않습니다. 전자 광 발진기는 이러한 한계를 극복 할 것으로 예상된다. 반면에, 통신 공학, 전자 렌지, 광자IC 발진기는 또한 전례가없는 효율 광파 / 전자 레인지 변환을 수행 할 위치를 광 통신 네트워크의 핵심 구성 요소가 될 것으로 예상된다. 그들은 또한 매우 빠르게 처리 할 수 광파 기술의 컴팩트 전체 광학 부품의 지속적인 추세와 호환됩니다 [업 / 다운 변환, 혼합 (DE) 변조, 증폭, 다중화 등】없이 대규모 조작의 필요성 (그리고 천천히) 전자. 광자가 비선형 매체를 통해 광자를 제어 소형 광자 회로의 개념은 제한된 광전자 처리 속도 비교 거의 무제한 광 대역폭에서 발생하는 병목 현상을 회피하는 것을 목표로하고있다. 광 통신 시스템은 매우 클러킹 (낮은 위상 잡음이 시간 지터 낮은에 해당) 및 대역폭 (비트 레이트 클럭 주파수에 비례하여 증가) 요구 사항을 모두 충족시키기 위해 매우 낮은 위상 잡음 전자 레인지에 대한 요구된다. 사실, 내 초고속 COMMUN주시죠 네트워크는 등 매우 안정 발진기는 여러 가지 목적 (업 / 다운 주파수 변환을위한 국부 발진기, 네트워크 동기화, 캐리어 합성 등)에 대한 기본 참조입니다.

WGM 공진기의 비선형 현상은 또한 라만과 브릴 루앙 레이저와 같은 다른 응용 프로그램에 대한 연구의 새로운 지평을 엽니 다. 더 일반적으로, 이러한 현상은 광학 충치와 도파관의 비선형 현상의 넓은 관점에서 통합, 그리고 결정 또는 실리콘 포토닉스에 대한 결실 패러다임이다. 할 수 있습니다 원환과 같은 WGMS에 강한 구속과 광자의 매우 긴 수명은 응축 물질과 양자 물리학에 근본적인 문제를 조사하는 테스트 벤치 훌륭한을 제공합니다. 전자기 신호의 적 증가 정확도 경주도 전형적인 상대성 (로렌츠 불변성에 대한 시험)에 관한 물리학 질문, 또는 기본적인 물리 상수의 측정 대답에 기여차 시간에 자신의 수 변화.

이 문서에서는, 결정 광학 속삭임 - 갤러리 모드 (WGM) 공진기를 얻기 위해 필요한 여러 단계를 설명하고 그 특성을 설명합니다. 또한 제시하는 것은 이러한 공진기에 커플 레이저 광에 필요한 고품질 가늘게 한 섬유를 얻을 수있는 프로토콜입니다. 마지막으로, 전자 렌지, 포토닉스, 커 빗을 사용하여, 즉 매우 안정적인 전자 생성의 분야에서 이러한 공진기의 주력 응용 프로그램을 제시하고 설명합니다.

첫 번째 섹션에서는 세부 프로토콜은 매우 높은 Q WGM 공진기를 얻기 위해 따랐다. 우리의 방법은 렌즈 나 거울 망원경 등의 광학 부품을 닦는 데 사용되는 표준 기술을 연상시키는 갈기 및 폴란드어 접근 방식에 의존합니다. 두 번째 섹션은 표면 거칠기의 특성에 전념하고 있습니다. 우리는 표면을 측정하는 비접촉 백색광 간섭 profilometer를 사용하여 R산란에 의한 손실을 표면화함으로써 Q 팩터 성능이 저하로 연결 oughness. 이 단계는 연마의 품질을 평가하는 중요한 실험 테스트입니다. 세 번째 섹션은 공진기에서 빛을 발사하기 위해 제조와 마이크로 미터 범위의 직경 테이퍼 실리카 섬유를 우려하고있다. 이러한 작은 직경에 도달하기 위해, 우리는 떨어져 섬유를 뽑아 동시에 컴퓨터 제어 모터를 사용하여 "불꽃 칫솔질"기술, 20 테이퍼 될 수있는 섬유 영역을 가열 토치를 채택한다. 네 번째 섹션에서, 공진기 및 테이퍼 섬유 파장 스캐닝 레이저를 이용하여 속삭이는 갤러리 모드의 공진 신호를 시각화하기 위해 서로에게 접근하고 있습니다. 우리는 등거리 스펙트럼 라인으로 만들어진 스펙트럼, 공진기의 광 출력을 증가시켜, 우리는 우리가 커 광학 주파수 빗의 형성을 관찰 할 때까지 비선형 현상을 트리거 관리하는 방법, 다섯 번째 섹션에 표시됩니다. 이메일로위의 mphasized이 커 빗 스펙트럼은 과학 기술 21-23 모두에서 여러 응용 프로그램에 적합한 뛰어난 특성을 가지고. 우리는 누구의 복합 주파수 매우 안정적인 전자 레인지입니다 광학 멀티 파장 신호를 보여줌으로써 WGM 공진기의 가장 주목할만한 응용 프로그램 중 하나를 고려할 것입니다.

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Protocol

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프로토콜은 5 주 단계로 구성됩니다 : 첫 번째에서 공진기 속삭이는 - 갤러리 모드가 구성되어 있습니다. 공진기의 연마의 진행을 제어하기 위해, 표면 상태 측정이 수행됩니다. 세 번째 단계에서, 우리는 공진기에서 빛을 발사 할 도구를 제작. 이러한 두 가지 도구가 제조되면, 우리는 광학 하이-Q 공진을 시각화하기 위해 그들을 사용합니다. 마지막으로, 높은 전력 입력 레이저 빔을 사용하여 공진기는 비선형 방식으로 작동하고 커 빗이 생성됩니다.

1. 공진기를 연마

이 단계에서, 공진기 결정 광학 창 (MGF 2 광학 부품 유통 업체에서 쉽게 구할 수 CAF 2) 모양과 광택입니다. 이 닦는 절차는 고품질 WGM 공진기로 변환합니다. 사용자 정의 연마 타워 반응식 1에 제시되어있다.

  1. 에 접착제를 결정 광학 창을에어 베어링 스핀들 모터에 의해 개최 할 수있는 스틱.
  2. 코트 적절한 연마 지원 조직과 V-모양의 금속 가이드를 물과 혼합 10 ㎛ 연마 분말 (알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 실리콘 카바이드) 붓는다. 회전 디스크 (약 5,000 rpm으로, 20g의 압력)이 설명서에 접근하고 연삭 시작합니다. 재료와 회전 속도에 따라이 과정은 4 시간 (MGF 2)에 2 시간 (CAF 2)에서 마지막 수 있습니다. 이 연마 단계는 공진기의 이중 볼록한 모양을 제공합니다. 이 단계의 끝에서 디스크 반응식 2에 제시된 모양을 가지고 있어야합니다.
  3. 다음 단계는 일반적으로 "연삭 및 연마"절차 24이라고합니다. 그것은 일반적으로 크기가 10 ㎛, 3 ㎛ 인, 1 ㎛, 250 nm의, 그리고 마지막으로 100 나노 미터의 연마 입자와 이전 단계를 반복으로 구성되어 있습니다. 지원 조직은 작은 곡물 덜 뻣뻣한되고, 각 입자의 크기에 맞게해야합니다. 긁힘을 방지하려면및 줄무늬, 가이드 수평 번역을 수행 할 수 있습니다. 연속 연삭 및 연마의 각 단계에서 표면의 상태가 개선되어야한다.

2. 표면의 상태 제어

  1. 광학 현미경 하에서 시각적 컨트롤은 표면 상태 제어를위한 첫 번째 단계입니다 : 디스크의 첫 번째 단계 빛에 불투명하지만, 성공적으로 1 ㎛ 입자 연마 한 후, 디스크를 투명하게하고 양측은 빛을 반사 : 그래서 광 폴란드어에 도달 소위와 공진기의 품질 계수는 10 5에 있어야합니다 - 10 6 범위.
  2. 작은 연마를 들어, 눈도 표준 현미경을 사용하여, 표면의 상태를 평가할 수 없습니다. 이 시점에서, 표면 상태의 간섭 측정이 필요합니다. Mirau 간섭계 대물 렌즈와 흰색 광원이 장착 된 현미경을 사용합니다. 공진기의 이미지 위스콘신 방해참조 평면 토륨, 따라서 즉 파장 몇 나노 미터의 분수의 해상도로 각 지점에서 독립적으로 처리 도구 표면의 높이를 변화 백색광 위상에 공개. 이 측정은 또한 디스크 (25)의 곡률을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.
  3. 샘플과 목적 사이의 길이를 수정하여, 공진기의 반사 광학 위상을 결정하고 표면의 높이 변화를 계산합니다. 이 전용 ​​컴퓨터에 자동으로 감사 할 수 있습니다, 표면 높이 맵은 샘플의 조도 측정을 허용 만들어집니다. 그림 1에서 설명한 표면 거칠기를 모니터하고 간섭 변두리가 부드러운 할 때 연삭 연마 절차를 중지합니다.

3. 테이퍼 그리기

공진기 부부 빛을, 아주 작은 광섬유가 필요합니다 : 그것의 직경은 약 3 μm의이어야한다(인간의 머리카락보다 20 배 작은).

  1. 대략 5cm 길이에 미치는 플라스틱 및 폴리머 코팅 떨어져 표준 단일 모드 실리카 섬유 (SMF)를 제거. 모니터링 목적을 위해, 섬유의 입력 및 출력 다이오드에서 레이저 소스에 연결해야합니다.
  2. 두 컴퓨터 제어 고해상도 모터에 섬유의 코팅 부분의 각 크기를 수정합니다. 모터의 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 섬유의 각면이 떨어져 당겨 수 있도록 그들을 지속적으로 가속 운동과 함께 이동하도록 구성합니다.
  3. 스트레칭을 시작하기 전에 약 1 분간 토치 램프와 두 개의 고정 점 사이의 코팅 섬유를 가열한다. 불꽃은 매우 작되면 멀리가는 타격을받지 않도록 부드럽게해야한다.
  4. 모터의 움직임을 시작하고, 따라서 섬유의 스트레칭입니다. 도면이 시작되면, 하나는 레이저 소스와 포토 다이오드를 사용하여 테이퍼의 전송을 모니터링 할 수 있습니다 : 간섭 패턴이됩니다과정에서 나타날 빈도가 증가하고, 마지막으로, 그들은 1 ㎛ 근처에 허리 직경 사라집니다. 이 단계에서, 모터와 불꽃 동시에 중지해야합니다.

4. WGM 공진기의 커플 링 라이트

이 단계에서, 테이퍼 공진기 부부 빛을 사용하며 그림 2에 표시됩니다 충치의 높은 Q 고유 모드를 관찰 할 수 있습니다.

  1. 3 축 피에조 제어 번역 무대에서 공진기를 수정합니다. 이하 1 ㎛의 거리에서 광섬유 테이퍼에 접근. 광섬유 테이퍼와 공진기의 상대적 위치는 현미경 덕분에 감시하고, 거울 수직 위치 및 기울기 각도를 제어하는​​ 데 사용됩니다.
  2. 눈에 보이는 레이저 다이오드 섬유 테이퍼 연결 커플 링 효율이 경우 그림 3에서와 같이 공진기, 조명되어야한다.
  3. 광섬유 테이퍼에 연결한쪽에 좁은 선폭 (공명의 선폭보다 좁은), 다른 끝에 오실로스코프에 연결된 다이오드와 모드 홉 프리 레이저. 공진기의 전송 응답은 입력에서 파장을 스캔하여 얻을 수 있습니다. 모드와 자신의 선폭 (반 최대에서 전체 너비)의 공진 주파수 사이의 비율을 계산하여 얻어진 투과 스펙트럼을 사용하여 공진기의 품질 계수를 평가한다.
  4. 보다 정확한 측정을 청소 파장 공진기의 부패 공진 빛과 이후의 시간에 디튠 빛 사이의 간섭을 얻기 위해 충분히 빨리 "캐비티 링 다운"실험 26 일에 수행됩니다. 하나는 테이퍼의 위치와 결합 Q-인자를 증가하고 그림 4의 전형적인 패턴을 얻을 수 공진기를 미세 조정할 수 있습니다. 관련 맞는 곡선은 공진기의 품질 계수를 제공합니다.
  5. 5. 빗 생성

    이 마지막 단계에서는 고출력 펌프 레이저 공진기의 비선형 효과를 흥분.

    1. 튜너 블 레이저 공진기 사이의 광 증폭기를 삽입합니다.
    2. 입력 파장이 공명 옆에 있도록 다이오드와 오실로스코프 덕분에, 레이저 광원을 미세 조정할 수 있습니다.
    3. 고해상도 광 스펙트럼 분석기로 출력 광섬유를 연결하고 약간 펌프 파장을 디 튜닝하는 동안 입력 전원을 높일 수 있습니다. 새 주파수는 펌프 피크의 양쪽에 나타납니다 :이 커 광학 주파수 빗입니다.
    4. 포토 다이오드로 전환, 우리는 생성 된 서로 다른 스펙트럼 모드 사이의 구타를 관찰 할 수 있습니다. 전자 레인지 대역 통과 필터를 사용하여, 하나는 매우 낮은 소음이 전기 신호에있는 순수한 주파수를 분리 할 수​​ 있습니다.

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Representative Results

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이 5 단계 프로토콜은 전자 광 애플리케이션을위한 매우 높은 품질의 요인 WGM 공진기를 얻을 수 있습니다.

계획 2 대표되는 첫 번째 단계는, 공진기 원하는 형태로 제공하는 것을 목표로하고있다. 여기에 주요 어려움은 그 림 있도록 강하게 기계적 관점에서 구조적 취약성을 선도없이 갇힌 광자를 한정 할 정도로 날카로운 디스크를 생산하는 것입니다. 그것은 크기와 모양 및 대량 재료의 다양한 변화와 디스크를 연마 허용하는이 연마 타워는 놀라운 다양성을 보유하고 있습니다.

그림 1에서 볼 수 있듯이 연마 프로세스의 끝에서, 나노 미터 스케일의 표면 거칠기 (루트 제곱을 의미), 달성되었습니다. 이 아주 작은 표면 거칠기는 그림 4의 캐비티 링 다운 측정에 의해 표시되는, 10 9 우수한 품질 요소와 연결되어 있습니다.

광섬유 테이퍼의 제작은 90 %를 초과하는 전송 계수, 아래 마이크론의 직경을 줄일 수 있습니다. 광섬유 테이퍼에 대한 이러한 작은 직경 공진기 부부 빛을 필요로하고, 높은 전송 계수는 비선형 효과를 얻기 위해 필요합니다. 커플 링 Q를 계수하여 테이퍼 섬유 커플 링의 높은 품질을 보여주는 9 10 초과입니다.

공진기에서 빛의 커플 링 실험 장치는 계획 3에 묘사되고, 장치의 그림이 그림 3에 표시됩니다. 공진기에서 방출 녹색 불빛은 연결이 실제로 효율적임을 증명한다.

마지막으로, 펌프가 증가 할 때, 비선형 현상이 성공적으로 구멍에 흥분하고 세대 커 광학 주파수 빗을 사용, 그림 6에 나와 있습니다. 이 빗은 나중에 UL 사용할 수 있습니다TRA 안정 마이크로파 발생.

반응식 1
반응식 1. WGM 매우 높은 품질의 디스크를 제조하는 데 사용되는 사용자 정의 연마 타워.

계획 2
계획 2. 높이가 1mm 정도 동안 소프트웨어 생성 측면 및 연삭 후 공진기 광학 WGM의 상위 뷰. 직경 5 ㎜의 순서가 일반적이다. 중앙 구멍의 가장자리를 건드리지 않고, 스텁을 사용하여 디스크를 보유하고 조작 할 수 있습니다. 일반 디스크 (원통형)를 시작, 연마 과정은 V-모양의 패션의 바깥 부분을 갈기.

계획 3
계획 3. 커 빗 생성을위한 실험 장치가변 레이저 다이오드에서. 빛은 테이퍼 광섬유를 통해 공진기 WGM으로 증폭되고 실행됩니다. 출력 신호는 어느 오실로스코프에 신호를 모니터링하거나 커 빗의 관찰 고해상도 광 스펙트럼 분석기 또는 비트 음표 신호를 추출하는 광 다이오드에 수집됩니다.

그림 1
그림 1. 갈기 - 및 - 폴란드어 프로토콜의 두 개의 서로 다른 단계에서 공진기 WGM의 백색광 간섭 무늬 패턴이 : 첫 번째는 1 ㎛ 연마 단계 (A), 100 nm의 연마 (B)의 두 번째 후 촬영 하였다. 공진기의 기능은 완전히 연속 연마 작업에 의해 부드럽게했다.

그림 2
그림 2. 내부 전반사에 의해 빛을 트래핑하는 원환과 같은 WGM의 공간 표현의 상위 뷰.이 WGM 디스크는 준 등거리 공진 모드 (마다 고유 모드의 동일한 가족에 속하는)의 수천을 지원합니다. 그들은 mm 크기의 디스크 10 기가 헤르쯔의 순서의 자유 스펙트럼 범위 (FSR)가 있습니다.

그림 3
그림 3. 공진기 WGM에 보이는 빛의 결합. 결합은 효과적인 광섬유 테이퍼에 의해 유도 녹색 빛이 공진기를 조명 때문에.

그림 4
그림 4. 공진기 WGM에서 캐비티 링 다운 신호. 피팅 곡선의 품질 요소에 직접적으로 비례 구멍에 고유와 결합 광자 수명을 제공공진기. 여기에 1.5 × 10 9의 본질적인 품질 계수가 달성되었다.

그림 5
그림 5. WGM 공진기의 커 빗 생성 메커니즘입니다. 캐비티 모드가 공진 레이저로 지정된 임계 값을 초과 펌핑하면 광자가 일관 4 광파 혼합을 통해 이웃 측 모드로 배포되는 모든 네 개의 광자 α 포함될 수 있습니다, β, γ 및 δ, 에너지 및 운동량 보존의 조건을 충족. 이 상대적으로 내 공동 전기 분야에 굴절 지수의 차 변화를 유도 커 효과의 직접적인 결과이다.

그림 6
그림 6. 실험 커 광학 주파수 빗. 중심 주파수 f를

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Discussion

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이 프로토콜은 그 (것)들로 몇 가지 빛, 높은 Q 광 공진기를 생산 할 수 있으며 다양한 전자 포토닉스 응용 프로그램에 대한 비선형 현상을 트리거합니다.

거친 연마의 첫 번째 단계는 공진기에 그것의 모양을 제공해야합니다. 10 μm의 연마제로 연마 한 시간 후, 공진기의 가장자리의 한쪽 (계획 2) 편리하게 모양이어야한다. 다음 단계는 공진기의 표면을 부드럽게하고 1 ㎛ 직경의 연마제의 단계에 도달하면, 그 표면은 투명해야합니다. 이 광 폴란드어이라고합니다. 그러나, 이것은 높은 품질 계수 및 추가 단계가 나노 미터 스케일의 거칠기와 더 나은 표면 품질을 달성하기 위해 작은 연마 입자에 필요한 얻을 충분하지 않습니다. 우리는 Q를 표면 산란에 의한 손실로 이어질 표면의 요철을 측정하는 백색광 간섭 profilometer를 사용하여 낮은 그림 1은 프로세스의 두 가지 단계에서 profilometer로 찍은 두 사진을 보여줍니다. 첫 번째는 교란 간섭 패턴과 불규칙한 표면을 보여가는 단계 후 촬영됩니다. 그러나, 연마 단계 이후, 간섭 패턴은 공진기의 표면 상태가 10 나노 미터 스케일에서 매끈한 공개, 부드럽고 일정한이다. 이 높은 Q 공진기를 얻기 위해 찾고해야하는 것입니다. 그 림이 각 모양은가는 단계에서 너무 많은 기계적인 스트레스를 유발하지 않고 높은 모달 제한을 허용하기 위해 최적화해야하는 것을주의하는 것이 중요하다.

테이퍼 드로잉 프로토콜은 낮은 전송 손실을 얻기 위해 약간의 미세 조정이 필요합니다. 이것은 매우 사용 토치에 따라 다르지만, 섬유 화염의 거리가열 영역이 넓은가되도록해야한다. 일정한 가속도 매개 변수의 일반적인 값은 5 μm.s -2 정도입니다 만, 각각의 화염 전원에 그려진 할 테이퍼 형상에 적응해야한다.

테이퍼 섬유 공진기 접근도 매우 잘 마이크로 미터 해상도의 번역 단계의 사용을 통해 제어 및 쌍안 현미경으로 모니터링해야하는 프로세스입니다. 수직 정렬 및 기울기 각도도 좋은 커플 링과 높은 품질 계수를 얻기 위해 중요하다. 커플 링 (그림 2 참조) 효율적인되면, 전송 스펙트럼은 스캔 모드에서 파장 가변 레이저를 사용하여 얻을 수 있습니다. 청소는 충분히 빨리와 공진기 충분히 높은 품질 계수의 경우, 전송 된 신호는 그림 3에서 볼 동작합니다. 이 실험 곡선을 피팅함으로써, 우리는 입술의 고유 품질 요소를 추출 할 수 있습니다onator.

그것은 공진기에서 빛을 커플 링 다른 방법은 프리즘 27 또는 각도 광택 섬유를 28으로 즉, 할 수 있다는 점에 유의해야한다. 두 가지 방법 모두 유리와 공기 사이의 인터페이스에 반사 빔의 사라져가는 필드를 사용합니다. 이 방법의 장점은 커플 링이 안정되어 있다는 것입니다 그러나, 두 경우 모두에 필요한 정렬은 테이퍼 방식에 비해 확보하기가 훨씬 더 어렵습니다. 테이퍼 광섬유 결합 효율은 프리즘 각도 광택 섬유 커플 링을 달성 할 수있는 것보다 (최대 99.9 % 15) 큽니다.

공진기의 비선형 성이 높은 펌프 능력으로 흥분 할 수 있습니다. 의 공진기 무료 스펙트럼 범위 (또는 정수 배수) : 4 광파 혼합의 잘 알려진 프로세스는 잘 정의 된 상수로 구분하여 공진기의 날카로운 스펙트럼 라인을 생산하고 있습니다. 고속 다이오드와 밴드 패스 필터를 사용하여, 하나는이 PRECIS을 추출 할 수 있습니다전자 저소음 마이크로 웨이브 신호 발생기를 생성하는 고정 주파수의 차이. 그러나,이 과정은 일반적으로 신호를 제어 및 등본 29의 이익을 위해 여기에서 고려되지 않은 안정화를위한 복잡한 피드백 루프가 필요합니다.

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Disclosures

저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

Acknowledgments

YCK은 프로젝트 NextPhase (ERC STG 278616)를 통해 유럽 연구위원회에서 재정 지원을 인정합니다. ANR 프로젝트 ORA (BLAN 031202)에서,, 그리고 : 저자는 또한 프로젝트 SHYRO (10,076,201 액션 R & T R-S10/LN-0001-004/DA)를 통해 센터 국립 디부 연습곡 Spatiales (CNES, 프랑스)의 지원을 인정 지역 드 프랑 슈 콩테, 프랑스.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Oraevsky, A. N. Whispering-gallery waves. Quantum Electronics. 32, 377-400 (2002).
  2. Matsko, A. B., Ilchenko, V. S. Optical Resonators With Whispering-Gallery Modes-Part I: Basics. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 3-14 (2006).
  3. Ilchenko, V. S., Matsko, A. B. Optical Resonators With Whispering-Gallery Modes-Part II: Applications. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 15-32 (2006).
  4. Maker, A. J., Armani, A. M. Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators. J. Vis. Exp. (65), e4164 (2012).
  5. Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Ilchenko, V. S., Maleki, L. Optical resonators with ten million finesse. Optics Express. 15, 6768-6773 (2007).
  6. Sprenger, B., Schwefel, H. G. L., Lu, Z. H., Svitlov, S., Wang, L. J. CaF2 whispering-gallery-mode-resonator stabilized-narrow-linewidth laser. Optics Letters. 35, 2870-2872 (2010).
  7. Optical Microcavities. Vahala, K. World Scientific. Singapore. (2004).
  8. Matsko, A. B., Savchenkov, A. A., Yu, N., Maleki, L. Whispering-gallery-mode resonators as frequency references. I. Fundamental limitations. J. Opt. Soc. Am. B. 24, 1324-1335 (2007).
  9. Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Ilchenko, V. S., Yu, N. Whispering-gallery mode resonators as frequency references. II. Stabilization. J. Opt. Soc. Am. B. 24, 2988-2997 (2007).
  10. Chembo, Y. K., Baumgartel, L. M., Yu, N. Toward whispering-gallery mode disk resonators for metrological applications. SPIE Newsroom. (2012).
  11. Armani, D. K., Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip. Nature. 421, 925-929 (2003).
  12. Hofer, J., Schliesser, A., Kippenberg, T. J. Cavity optomechanics with ultrahigh-Q crystalline microresonators. Phys. Rev. A. 82, 031804 (2010).
  13. Fürst, J. U., Strekalov, D. V., Elser, D., Aiello, A., Andersen, U. L., Marquardt, C. h, Leuchs, G. Quantum Light from a Whispering-Gallery-Mode Disk Resonator. Phys. Rev. Lett. 106, 113901-1-113901-4 (2011).
  14. Del'Haye, P., Schliesser, A., Arcizet, O., Wilken, T., Holzwarth, R., Kippenberg, T. J. Optical frequency comb generation from a monolithic microresonator. Nature. 450, 1214-1217 (2007).
  15. Kippenberg, T. J., Holzwarth, R., Diddams, S. A. Microresonator-Based Optical Frequency Combs. Science. 322, 555-559 (2011).
  16. Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Vahala, K. Ultralow-threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity. Nature. 415, 621-623 (2002).
  17. Liang, W., Ilchenko, V. S., Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Seidel, D., Maleki, L. Passively Mode-Locked Raman Laser. Phys. Rev. Lett. 154, 143903-1-143903-4 (2010).
  18. Grudinin, I. S., Matsko, A., Maleki, L. Brillouin lasing with a CaF2 whispering gallery mode resonator. Phys. Rev. Lett. 102, 043902-1-043902-4 (2009).
  19. Werner, C. S., Beckmann, T., Buse, K., Breunig, I. Blue-pumped whispering gallery optical parametric oscillator. Optics Letters. 37, 4224-4226 (2012).
  20. Knight, J. C., Cheung, G., Jacques, F., Birks, T. A. Phase-matched excitation of whispering gallery-mode resonances by a fiber taper. Opt. Lett. 22, 1129-1131 (1997).
  21. Chembo, Y. K., Yu, N. Modal expansion approach to optical-frequency-comb generation with monolithic whispering-gallery-mode resonators. Phys. Rev. A. 82, 033801-1-033801-18 (2010).
  22. Chembo, Y. K., Strekalov, D. V., Yu, N. Spectrum and Dynamics of Optical Frequency Combs Generated with Monolithic Whispering Gallery Mode Resonators. Phys. Rev. Lett. 104, 103902-1-103902-4 (2010).
  23. Chembo, Y. K., Yu, N. On the generation of octave-spanning optical frequency combs using monolithic whispering-gallery-mode microresonators. Opt. Lett. 35, 2696-2698 (2010).
  24. Brown, N. J. Optical fabrication. Report MISC 4476 1LLNL. Lawrence Livermore National Laboratory. (1990).
  25. Strekalov, D. V., Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Yu, N. Efficient upconversion of subterahertz radiation in a high-Q whispering gallery resonator. Optics Letters. 34, 713-715 (2009).
  26. Dumeige, Y., Trebaol, S., Ghisa, L., Ngan Nguyen, T. K., Tavernier, H., Feron, P. Determination of coupling regime of high-Q resonators and optical gain of highly selective amplifiers. J. Opt. Soc. Am. B. 12, 2073-2080 (2008).
  27. Gorodetsky, M. L., Ilchenko, V. S. Optical microsphere resonators: optimal coupling to high-Q whispering-gallery modes. J. Opt. Soc. Am. B. 16, 147-154 (1999).
  28. Ilchenko, V. S., Yao, X. S., Maleki, L. Pigtailing the high-Q microsphere cavity: a simple fiber coupler for optical whispering-gallery modes. Opt. Let. 24, 723-725 (1999).
  29. Del'Haye, P., Arcizet, O., Schliesser, A., Holzwarth, R. Kippenberg T.J. Full stabilization of a microresonator frequency comb. Phys. Rev. Let. 101, 053903 (2008).
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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

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