Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Mikrodalga Fotonik Sistemleri Whispering-galeri-mod Rezonatörler dayanarak

doi: 10.3791/50423 Published: August 5, 2013

Summary

Ultra-yüksek Q fısıldayan galeri modu rezonatörler dayalı mikrodalga fotonik sistemleri kurmak için laboratuarda geliştirilen özel teknikler sunulmaktadır. Bu rezonatörler almak ve karakterize etmek için protokoller ayrıntılı olarak, ve mikrodalga fotonik uygulamaları bazı bir açıklama verilir.

Abstract

Mikrodalga fotonik sistemleri mikrodalga ve optik sinyalleri arasındaki etkileşim üzerinde temelde güveniyor. Bu sistemler son derece havacılık ve iletişim mühendisliği, algılama, metroloji, doğrusal olmayan fotonik ve kuantum optik olarak teknoloji ve uygulamalı bilim çeşitli alanlarda, için umut vericidir. Bu yazıda, ultra-yüksek Q fısıldayan galeri modu rezonatörler dayalı mikrodalga fotonik sistemleri kurmak için laboratuvarda kullanılan başlıca teknikler mevcut. Bu tür ilk lensler veya teleskop aynaları gibi optik bileşenleri parlatmak için kullanılan olanlar yakın bir eziyet-ve-lehçe tekniği dayanmaktadır rezonatör parlatma, için protokoldür bu makalede ayrıntılı. Daha sonra, hangi parlatma kalitesini karakterize etmek için önemli bir parametre bir beyaz ışık İnterferometrik profilometre önlemler yüzey pürüzlülüğü olduğunu. Rezonatörde ışık başlatmak amacıyla, mikrometre aralığında çapa sahip konik bir silika elyaf kullanılır. Bu küçük çaplı ulaşmak içins, biz ayrı fiber çekmek için aynı anda bilgisayar kontrollü motorlar kullanarak "alev fırçalama" tekniği, ve konik olmak için fiber alanı ısıtmak için bir oksijen kaynağı kabul. Rezonatör ve konik lif daha sonra dalga boyu tarama lazer kullanarak fısıldayan galeri modları rezonans sinyal görselleştirmek için birbirlerine yaklaştı. Bir Kerr optik frekans tarak oluşumu eşit uzaklıkta spektral hatları yapılmış bir spektrum ile görülmektedir kadar rezonatör, doğrusal olmayan olayların içinde optik güç artırarak tetiklenir. Bu Kerr tarak spektrumları bilim ve teknolojide çeşitli uygulamalar için uygun olan olağanüstü özelliklere sahiptir. Bu ultra-kararlı mikrodalga frekans sentezi ile ilgili uygulama göz önünde ve intermodal GHz frekansa sahip bir Kerr tarağın üretimi göstermektedir.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Fısıldayan galeri modu rezonatörler diskleri veya mikro-ya da milimetrik yarıçapı 1,2,3,4 alanları bulunmaktadır. Rezonatör (nanometre boyutlu yüzey sertliği) neredeyse mükemmel şeklinde olması koşuluyla, lazer ışığı genellikle fısıldayan-galeri modları (WGMs) olarak adlandırılır kendi eigenmode, içinde toplam iç yansıma tarafından tuzağa olabilir. 11-05 Ekim son derece yüksek olabilir Q kalite faktörü, 10 7 arasında değişen süre serbest-spektral aralık (veya intermodal frekans), GHz gelen en rezonatör yarıçapı bağlı THz değişebilir. Yığma kendi benzersiz özelliğine ve hafif yavaşlama nedeniyle, WGM optik rezonatörler birçok optik sinyal işleme görevleri 3 gerçekleştirmek için kullanılmıştır: filtreleme, yükseltme, zaman geciktirici, vb. Üretim teknolojilerinin sürekli iyileştirme ile, kendi benzeri görülmemiş bir kalite faktörleri metroloji veya Quant daha da zorlu uygulamalar için uygun hale getirmekum tabanlı uygulamalar 6-13.

Bu ultra-yüksek Q rezonatörler, lohusalık küçük hacimli, yüksek foton yoğunluğu ve uzun foton ömrü (Q ile orantılı), Kerr gibi, çeşitli doğrusal olmayan etkileri yoluyla çeşitli WGMs heyecanlandırmak olabilir çok güçlü bir ışık-madde etkileşimi, neden Örnek 14-19 için Raman ya da Brillouin. Galeri modu rezonatörler fısıldayan doğrusal olmayan olayları kullanarak ultra saf mikrodalga ve lightwave nesil için umut verici bir paradigma değişimi olarak önerilmiştir. Bu konuda temel bilim ve teknolojinin pek çok alanda kesişen olması disiplinlerden geniş bir yelpazede üzerindeki çok güçlü potansiyel etkisi açık bir göstergesidir. Özellikle, havacılık ve iletişim mühendisliği teknolojileri çok yönlü mikrodalga ve olağanüstü tutarlılık ile lightwave sinyal ihtiyacı şu anda. WGM teknolojisi mevcut veya diğer olası yöntemler üzerinde birçok avantajı vardır: kavramsal basitlik, higher sağlamlık, küçük güç tüketimi, uzun kullanım ömrü, müdahaleler için bağışıklık, çok kompakt hacim, frekans çok yönlülük, kolay çip entegrasyonu, hem de mikrodalga ve lightwave teknolojileri hem de standart fotonik bileşenlerin ana entegre etmek için güçlü bir potansiyel.

Havacılık mühendisliğinde, kuvars osilatörler navigasyon sistemleri (uçaklar, uydular, uzay araçları, vb) ve algılama sistemleri (radar, sensörler, vb) için önemli mikrodalga kaynağı olarak ezici bir çoğunlukla baskındır. Ancak, oybirliğiyle kuvars osilatör frekans kararlılığı performansı, zemin ulaşıyor bugün kabul edilmektedir, ve önemli ölçüde artık iyileştirmek değil. Aynı doğrultuda, sıklıkları çok yönlülük sınırlıdır ve pek 40 GHz ötesinde ultra istikrarlı mikrodalga üretimi için izin verir. Mikrodalga fotonik osilatörler bu sınırlamaları aşmak için bekleniyor. Diğer taraftan, iletişim mühendislik, mikrodalga fotonic osilatörler ayrıca benzeri görülmemiş bir verimlilik ile lightwave / mikrodalga dönüştürme işlemi nerede optik haberleşme ağlarında anahtar bileşenleri olması beklenmektedir. Ayrıca ultra hızlı işlem etkinleştirmek lightwave teknolojisi kompakt tam optik bileşenlerin devam eden bir eğilim, uyumlu [yukarı / aşağı dönüştürme, karıştırma (de) modülasyonu, amplifikasyon, çoğullama, vb] olmadan büyük işlemek için ihtiyaç (ve daha sonra, yavaş) elektronlar. Fotonlar doğrusal olmayan medya üzerinden fotonlar kontrol kompakt fotonik devrelerin Bu kavram sınırlı optoelektronik işlem hızı karşı neredeyse sınırsız optik bant genişliği kaynaklanan darboğaz aşmak hedeflemektedir. Optik iletişim sistemleri de çok masa saati (düşük faz gürültü zaman jitter düşük eşdeğerdir) ve bant genişliği (bit hızlarını saat frekansı olarak artar) gereksinimlerini karşılamak için ultra düşük faz gürültü mikrodalga fırın için talep ediyorlar. Aslında, yüksek hızlı haberleşmeication ağlar, bu ultra-kararlı osilatörler birçok amaç (yukarı / aşağı frekans dönüşüm için yerel osilatör, şebeke senkronizasyonu, taşıyıcı sentezi, vb) için temel referanslar vardır.

WGM rezonatörler Doğrusal olmayan olgular ayrıca Raman ve Brillouin lazerler gibi diğer uygulamalar için araştırma yeni ufuklar açın. Daha genel olarak, bu olayların optik boşluklar ve dalga kılavuzlarında doğrusal olmayan olayların geniş bir perspektif içinde birleşti, ve kristal veya silikon fotonik için verimli bir paradigma. Olabilir Torus benzeri WGMs içine güçlü hapsi ve fotonların çok uzun ömürlü de yoğun madde ve kuantum fiziği temel konuları araştırmak için test tezgahı mükemmel sunuyoruz. Elektromanyetik sinyaller hiç artan doğruluk için yarış da özetin özeti görelilik (Lorentz değişmezliği testleri) ile ilgili fizik soruları, ya da temel fiziksel sabitler ölçümü bir cevap katkıdand zamanla olası varyasyon.

Bu makalede, kristal optik fısıldayan-galeri-modu (WGM) rezonatörler elde etmek için gerekli olan farklı adımlar açıklanmıştır ve karakterizasyonu açıklanmıştır. Ayrıca sunulan bu rezonatörler içine çift lazer ışığı için gerekli yüksek kaliteli konik lif elde etmek için protokoldür. Son olarak, mikrodalga fotonik, Kerr tarak kullanarak yani ultra istikrarlı mikrodalga nesil, alanında bu rezonatörler bir amiral gemisi uygulaması sunulmuş ve tartışılmıştır.

İlk bölümde, ayrıntılı protokol ultra yüksek Q WGM rezonatörler elde etmek için takip. Bizim yöntem, lens veya teleskop aynaları gibi optik bileşenleri parlatmak için kullanılan standart tekniklere andırır bir eziyet ve lehçe yaklaşım, dayanır. İkinci bölümde yüzey pürüzlülüğünün karakterizasyonu için ayrılmıştır. Biz yüzey ölçmek için temassız beyaz ışık İnterferometrik profilometre kullanmak rsaçılma kaynaklı kayıpları yüzey ve böylece Q faktörü performans daha düşük olur oughness. Bu adım, parlatma kalitesini değerlendirmek için önemli bir deneysel bir testtir. Üçüncü bölüm rezonatördeki ışık başlatmak amacıyla imalat ile mikrometre aralığı içinde bir çapa sahip, konik silika fiber söz konusu olduğunda. Bu küçük çaplı ulaşmak için, ayrı fiber çekmek için aynı anda bilgisayar kontrollü motorlar kullanarak "alev fırçalama" tekniği, ve 20 konik olarak fiber alanı ısıtmak için bir oksijen kaynağı kabul. Dördüncü bölümde, rezonatör ve konik lif dalga boyu tarama lazer kullanarak fısıldayan galeri modları rezonans sinyal görselleştirmek için birbirlerine yaklaştı. Biz eşit uzaklıkta spektral hatları yapılmış bir spektrum ile, rezonatör, optik gücü artırılarak, biz Kerr optik frekans tarak oluşumu gözlemlemek kadar doğrusal olmayan olayları tetiklemek için yönetmek nasıl, beşinci bölümünde göstermektedir. E gibiYukarıdaki mphasized, bu Kerr tarak spektrumları bilim ve teknoloji 21-23 hem de çeşitli uygulamalar için uygun olan olağanüstü özelliklere sahiptir. Biz kimin intermodal frekans ultra-kararlı mikrodalga bir optik çok dalga boyu sinyal göstererek WGM rezonatörler en dikkat çekici uygulamalardan biri dikkate alacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Protokol 5 ana aşamadan oluşur: ilk olarak, rezonatör fısıldayan-galeri-mod yapılır. Rezonatör parlatma ilerlemesini kontrol etmek için, yüzey devlet ölçümleri yapılmaktadır. Üçüncü aşamada, biz rezonatör ışık başlatacak bir araç imal. Bu iki temel araç üretilmektedir sonra, biz optik yüksek Q rezonans görselleştirmek için kullanabilirsiniz. Son olarak, yüksek güç girişi lazer ışını kullanarak, rezonatör doğrusal olmayan bir şekilde davranır ve Kerr tarak üretilmektedir.

1. Resonator parlatma

Bu aşamada, rezonatör kristal bir optik pencere (MgF 2 veya optik bileşeni satıcılardan hazır CaF 2,) şeklinde ve parlak olduğunu. Bu parlatma işlemi yüksek kaliteli WGM rezonatörler dönüştürür. Özel parlatma kule Şema 1 'de sunulmuştur.

  1. Bir tutkal kristal optik pencerehava yataklı mil motoru ile yapılabilir ki sopa.
  2. Coat uygun parlatma destek doku ile bir V şeklinde metalik rehber ve su ile karıştırılarak 10 mikron aşındırıcı tozlar (alüminyum oksit, elmas veya silisyum karbür) dökün. Dönen bir disk (yaklaşık 5,000 rpm, 20 g basıncı) için bu kılavuzu Yaklaşım ve taşlama başlar. Maddi ve iplik hızına bağlı olarak, bu işlem 4 saat (MgF 2 için) 2 saat (CaF 2) sürebilir. Bu parlatma adım rezonatör olan iki dışbükey şekil verecektir. Bu adımın sonunda, disk Şema 2'de yer alan şekle sahip olmalıdır.
  3. Bir sonraki adım genellikle "taşlama ve parlatma" prosedürü 24 olarak adlandırılır. Bu, tipik olarak çapı 10 mikron, 3 mikron, 1 um, 250 nm, ve son olarak da 100 nm aşındırıcı parçacık önceki adımda tekrar oluşur. Destek doku küçük taneler için daha az sert olan, her bir parçacık büyüklüğüne adapte edilmelidir. Çizik önlemek içinve çizgiler, kılavuz yatay bir çeviri gerçekleştirilebilir. Arda taşlama ve parlatma her adımında, yüzeyin durumu iyileştirilmelidir.

2. Yüzey Devlet kontrol

  1. Bir optik mikroskop altında bir görsel kontrol bir yüzey devlet kontrolü için ilk adımdır: disk ilk aşamalarında gün ışığına opak, ancak, başarılı bir 1 mikron partikül parlatma sonra, disk şeffaf hale gelir ve yanlarından ışığı yansıtır: çok optik lehçe ulaşıldı olarak adlandırılan ve rezonatör kalitesi faktörü 10 5 olmalıdır - 10 6 aralığı.
  2. Küçük aşındırıcı için göz bile standart bir mikroskop kullanılarak, yüzeyin durumunu değerlendirmek mümkün değildir. Bu noktada, yüzey durumu bir interferometrik ölçümü gereklidir. Bir Mirau interferometre objektif lens ile ve bir beyaz ışık kaynağı ile donatılmış bir mikroskop kullanın. Rezonatör imajı wi müdahalebir referans düzlemi inci, böylece yani dalga boyu, birkaç nanometre bir kısmını bir çözünürlüğe sahip her noktada bağımsız işleme aracı yüzeyi yükseklik değişen bir beyaz ışık faz ortaya. Bu ölçüm, ayrıca disk 25 eğriliği değerlendirmek için de kullanılabilir.
  3. Örnek ve amacı arasındaki uzunluk değiştirerek, rezonatör yansıma optik faz belirlemek ve yüzeyin yükseklik değişimleri hesaplar. Bu, özel bir bilgisayar sayesinde otomatik olabilir ve yüzey yüksekliği haritasında numunenin pürüzlülük belirlenmesi için izin oluşturulur. Şekil 1'de açıklandığı yüzey pürüzlülüğü izlemek ve girişim saçaklar en yumuşak mümkün olduğu zaman taşlama-parlatma işlemi durdurun.

3. Konik Çizim

Rezonatördeki çift ışık için, çok küçük bir fiber optik gereklidir: çapı yaklaşık 3 mikron olmalıdır(Bir insan saçından daha yaklaşık 20 kat daha küçük).

  1. Yaklaşık 5 cm uzunluğuna plastik ve polimer kaplama kapalı bir standart tek modlu silika fiber (SMF) soyun. Izleme amaçları için, elyaf, giriş ve çıkışında bir fotodiyot bir lazer kaynağına bağlı olmalıdır.
  2. İki bilgisayar kontrollü yüksek çözünürlüklü motorlara fiberin kaplanmamış bölümünün her iki boyutunu saptamak. Motorların bilgisayar arayüzü kullanarak, lif her iki tarafında birbirinden ayrılabilir, böylece onları sürekli hızlandırılmış hareket ile hareket yapılandırın.
  3. Uzanan başlamadan önce yaklaşık 1 dakika boyunca oksijen kaynağı lamba ile iki sabitleme noktası arasındaki kaplanmamış fiber ısıtın. Alev çok küçük bir kez uzak konik darbe olmaması için nazik olmalıdır.
  4. Motor hareketi başlatmak ve böylece lif germe. Çizim başladıktan sonra, bir bir lazer kaynağı ve bir fotodiyot kullanarak konik iletim izleyebilirsiniz: girişim desenleri olacaksürecinde ortaya, sıklıkları artacak, ve, son olarak, onlar 1 mikron yakın bir bel çapı için kaybolur. Bu aşamada, motor ve alev eş zamanlı olarak kesilmelidir.

4. WGM Resonator içinde bağlantısı Hafif

Bu aşamada, konik rezonatördeki çift ışık için kullanılan ve Şekil 2'de temsil edilen boşluğun, bir yüksek-Q eigenmode gözlemlemek.

  1. 3-eksenli Piezo kontrollü çeviri sahnede rezonatör Fix. En az 1 um arasında bir mesafe elyaf konik yaklaşım. Fiber konik ve rezonatörün göreli konumu, bir mikroskop sayesinde kontrol edilir, ve bir ayna dikey pozisyonlama ve eğim açısını kontrol etmek için kullanılır.
  2. Görünür bir lazer diyot elyaf konik iletişime: kavrama verimlidir, Şekil 3'te gösterildiği gibi, rezonatör, yanmaz.
  3. Fiber konik bağlanınbir ucuna dar bir çizgi kalınlığı (rezonans çizgi kalınlığı daha dar) ve diğer ucunda bir osiloskop bağlı bir fotodiyot bir mod-hop ücretsiz lazer. Rezonatörün iletim tepki girişindeki dalga tarama ile elde edilebilir. Modları ve bunların Linewidths (yarı maksimum tam genişlik) rezonans frekansı arasındaki oranı hesaplanarak, elde edilen iletim spektrumu kullanılarak rezonatörün kalite faktörü değerlendirir.
  4. Daha doğru ölçüm süpürme dalga boyu rezonatör içinde çürüyen rezonans ışık ve bir sonraki zamanda güçsüz ışık arasındaki etkileşimler elde etmek için yeterince hızlı olan "kavite-ring-down" deney 26 ile yapılır. Bir konik yerleştirme ve birleştirme Q faktörü artırmak ve Şekil 4 'de gösterilen tipik bir model elde etmek için ince ayar rezonatör olabilir. Ilişkili uyum eğrisi rezonatör kalitesi faktörü verir.
  5. 5. Tarak Yaratma

    Bu son aşamada, yüksek güç pompa lazer rezonatör olarak doğrusal olmayan etkileri heyecanlandırıyor.

    1. Ayarlanabilir lazer ve rezonatör arasında bir optik amplifikatör yerleştirin.
    2. Giriş dalga boyu bir rezonans yanında olacak şekilde fotodiyot ve osiloskop sayesinde, lazer kaynağı ince ayar.
    3. Yüksek çözünürlüklü optik spektrum analizi için çıkış lif bağlayın ve biraz pompa dalga boyu detuning ise giriş gücünü artırmak. Yeni frekans pompa tepe her iki tarafında görünecektir: Bu bir Kerr optik frekans tarak olduğunu.
    4. Fotodiyot geri geçiş, yarattığımız farklı spektral modları arasında dayak gözlemleyebilirsiniz. Mikrodalga fırın bant geçiren filtre kullanarak, bir çok düşük gürültü ile bu elektrik sinyali bir saf frekans izole olabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu beş adım protokolü mikrodalga fotonik uygulamaları için çok yüksek kalite faktörleri ile WGM rezonatörler elde sağlar.

Programı 2 temsil olarak ilk adım, rezonatör istenilen şekil vermek amaçlamaktadır. Burada ana zorluk olan jant böylece kuvvetle mekanik bir açıdan yapısal kırılganlık yol açmadan, tuzak fotonlar sınırlandırmak olabilir yeterince keskin bir disk üretimdir. Bu boyut ve şekil ve dökme malzeme geniş bir değişkenlik diskleri taşlama izin verdiği bu parlatma kule aynı zamanda dikkate değer bir çok yönlülük sahip.

Şekil 1'de görülebileceği gibi, parlatma işleminin sonunda, nanometre ölçekli yüzey pürüzlülüğü (ortalama karekök), elde edilmiştir. Bu çok küçük bir yüzey pürüzlülüğü, Şekil 4'ün oyuk halka aşağı ölçülmesiyle görüntülendiği gibi, 10 9 daha üstün bir kalite faktörü ile ilişkilidir.

Fiber konik imalat% 90 aşan bir iletim katsayısına sahip, aşağı mikron çapının düşürülmesi için olanak sağlar. Fiber konik için bu tür küçük çaplı bir rezonatör olarak çift ışık için gereklidir, ve yüksek bir geçirgenlik katsayısı olmayan etkiler elde etmek için gereklidir. Kuplaj Q faktörü ve böylece konik kavrama lif kalitesi yüksek arası, 10 9 fazladır.

Rezonatördeki ışık bağlanması için deney düzeneği, Şema 3'te gösterilmiştir ve aparatın bir resmi Şekil 3'te gösterilmiştir. Rezonatör tarafından yayılan yeşil ışık kavrama gerçekten etkili olduğunu kanıtlıyor.

Son olarak, pompa yükseltildiği zaman, doğrusal olmayan olaylar başarıyla boşluğunda heyecan ve kuşak Kerr optik frekans tarak izin olarak, Şekil 6'da gösterilmiştir. Bu tarak sonra ul kullanılabilirtra-kararlı mikrodalga nesil.

Şema 1 '
Şema 1. WGM ultra-yüksek kaliteli diskler üretmek için kullanılan özel parlatma kule,.

Şema 2
Şema 2. Yüksekliği 1 mm civarında iken yazılım tarafından üretilen yan ve taşlama sonra rezonatör optik WGM üst-bakış. Çapı 5 mm düzenin tipik olarak. Orta Delik jant dokunmadan, bir saplama kullanarak disk tutmak ve işlemek sağlar. Düz bir diski (silindirik olan) başlayarak, parlatma işlemi V-şekilli bir biçimde dış kısmı öğütür.

Şema 3
Şema 3. Kerr tarak üretimi için deney düzeneğiBir ayarlanabilir lazer diyot gelen. Işık konik lif ile rezonatör WGM içine güçlendirilmiş ve piyasaya sürüldü. Çıkış sinyali ya bir osiloskop üzerinde sinyal izlemek için ya da Kerr tarak gözlem için yüksek çözünürlüklü optik spektral analiz ya da yendi-nota sinyal ayıklamak için bir fotodiyot üzerine toplanır.

Şekil 1
Şekil 1. Eziyet ve-lehçe protokol iki farklı adımları rezonatör bir WGM beyaz ışık interferogram desenleri: ilk 1 mikron parlatma adım (a), 100 nm parlatma (b) sonra ikinci bir sonra çekilmiştir. Rezonatör özellikleri tamamen art arda cilalama işlemleri ile düzeltti edildi.

Şekil 2,
Şekil 2,. Toplam iç yansıma ışık yakalama bir yumru benzeri WGM mekansal temsil üst görünümü. Bu WGM diskler yarı-eşit uzaklıkta rezonans modları (her eigenmode ile aynı aileye ait) binlerce destekler. Onlar mm boyutlu diskler için 10 GHz sırasını bir serbest spektral aralığı (Notu) var.

Şekil 3,
Şekil 3,. Rezonatör bir WGM görünür ışık Kavrama. Bağlantı olduğu etkili fiber konik rehberliğinde yeşil ışık rezonatör aydınlatan bu yana.

Şekil 4,
Şekil 4. Rezonatör bir WGM gelen boşluğu halka aşağı sinyali. Uydurma eğrisi kalitesi faktörü ile doğru orantılıdır boşluğu, dünyadaki ilginç ve bağlantı foton yaşam verirrezonatör. Burada, 1.5 x 10 9 arasında bir iç kalite faktörü elde edilmiştir.

Şekil 5,
Şekil 5,. WGM rezonatörler Kerr tarak oluşumu mekanizmasını. Bir oyuk bir rezonant mod lazer ile, belirli bir eşik değerinin üzerinde pompalanan zaman, fotonlar tutarlı dört dalga karıştırma ile komşu yan modları dağıtılır, her dört fotonlar içerebilir α, β, γ ve δ, enerji ve momentum korunumu koşulları yerine getirmek. Bu nispeten içi boşluğuna elektrik alan için kırılma endeksi ikinci dereceden bir değişiklik yaratıp Kerr etkisi, doğrudan bir sonucudur.

Şekil 6,
6 Şekil. Deneysel Kerr optik frekans tarak. Merkez frekansı f

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu protokol onlara çift ışık, yüksek Q optik rezonatörler üretim sağlar ve çeşitli mikrodalga fotonik uygulamaları için doğrusal olmayan olayları tetikleyebilir.

Kaba taşlama ilk adımı rezonatör için şeklini vermelidir. 10 mikron aşındırıcı öğütme tozu ile bir saat sonra, rezonatör jantının bir tarafında (Şema 2'ye bakınız) uygun şekilli olmalıdır. Bir sonraki adım rezonatör yüzeyi pürüzsüz ve 1 mikron çaplı aşındırıcı tozlar aşamasına ulaşıldığında, yüzeyi şeffaf olmalıdır. Bu optik lehçe denir. Ancak, bu yüksek kalite faktörü ve ekstra adımları nanometre ölçekli pürüzlülük ile daha iyi bir yüzey kalitesi elde etmek için küçük aşındırıcı parçacıklar ile ihtiyaç vardır almak için yeterli değildir. Biz Q yüzey saçılma kaynaklı kayıplara yol yüzey düzensizlikleri ölçmek için bir beyaz ışık İnterferometrik profilometre kullanmak ve böylece düşük Şekil 1, sürecin iki farklı adım bir profilometre ile çekilen iki fotoğraf gösteriyor. İlki tedirgin girişim deseni ile düzensiz yüzey gösteren, zımparalama kademesinden sonra alınır. Ancak, parlatma adım sonra, girişim deseni rezonatör yüzeyi durumu 10 nm-ölçekte düzgün olduğunu ortaya, düzgün ve düzenli. Bu yüksek-Q rezonatörler elde etmek için aradım gereken budur. Bu jant için bu açı şekli taşlama adımları sırasında çok fazla mekanik stres neden olmadan en yüksek modal hapsi için izin vermek için optimize edilmiş olması gerekir dikkat etmek de önemlidir.

Konik çekme protokol düşük iletim kaybı elde etmek için küçük bir ince ayar gerektirir. Bu son derece kullanılan oksijen kaynağı bağlıdır, ancak elyaftan alev olan mesafeyiısıtma bölgesi geniş olduğu şekilde olmalıdır. Sürekli ivme parametresi için tipik değer 5 μm.s -2 civarındadır, ama her alev gücü ve çekilecek konik şekline adapte edilmelidir.

Şevli fiber rezonatör yaklaşırken da çok iyi bir mikrometre çözünürlüklü yapıldı aşamasının kullanımı ile kontrol edilir ve bir mikroskop ile takip edilmesi gereken bir işlemdir. Dikey hizalama ve eğim açısı aynı zamanda iyi bir bağlantı ve yüksek kalite faktörü elde etmek için önemlidir. Kaplin (bkz. Şekil 2) etkin bir kez, iletim spektrumu tarama modunda bir dalga boyu ayarlanabilir lazer kullanılarak elde edilebilir. Süpürme yeterince hızlı ve rezonatör yeterince yüksek bir kalite faktörü, aşağıdaki ise, iletilen sinyal olarak Şekil 3'te görüldüğü davranmalıdır. Bu deneysel eğri uydurma, biz res içsel kalite faktörü elde edebiliyoruzonator.

Bu rezonatör ışık kavrama diğer araçlar, bir prizma 27 ya da açı cilalı lifler 28 ile, yani mümkün olduğu not edilmelidir. Her iki yöntem de cam ve hava arasındaki arayüz üzerinde yansıyan ışının kaybolan alanında kullanır. Bu yöntemlerin bir avantajı da kavrama daha kararlı olduğunu, ancak her iki durumda da gereklidir hizalama konik yönteme göre elde etmek için çok daha zordur. Konik lif kaplin verimliliği de prizma ve açı-cilalı fiber bağlantı ile elde edilebilir ne daha (en fazla% 99.9 15) daha fazladır.

Rezonatör olarak doğrusal bir yüksek pompa gücü ile heyecan olabilir. En rezonatör ücretsiz spektral aralığı (veya bir tamsayı birden fazla): dört-dalga karıştırma tanınmış süreci iyi tanımlanmış bir sabit ayrılmış rezonatör keskin spektral çizgiler üretir. Hızlı fotodiyot ve bir bant geçiren filtre kullanarak, bir bu özet elde edebilirsinize, düşük gürültü mikrodalga sinyal üreteci oluşturmak için sabit frekans boşluğu. Ancak, bu süreç normal sinyal kontrolü ve örnek 29 uğruna burada dikkate alınmamıştır istikrar, için gelişmiş geri bildirim döngüleri gerektirir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının olmadığını beyan ederim.

Acknowledgments

YCK proje NextPhase (ERC StG ​​278.616) ile Avrupa Araştırma Konseyi mali destek kabul eder. ANR proje ORA (BLAN 031.202) gelen, ve: Yazarlar ayrıca Proje SHYRO (10.076.201 Aksiyon R & T R-S10/LN-0001-004/DA) aracılığıyla Centre National d'Etudes Spatiales (CNES, Fransa) destek kabul Bölge de Franche-Comte, Fransa.

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).
Mikrodalga Fotonik Sistemleri Whispering-galeri-mod Rezonatörler dayanarak
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter