Waiting
Login processing...

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

Engineering

प्रेरित स्टोक्स और Microspherical फुसफुसा गैलरी मोड resonators में Antistokes रमन प्रकीर्णन

Published: April 4, 2016 doi: 10.3791/53938
Automatic Translation
1,2, 2, 2, 1,2, 2, 1,2
1Enrico Fermi Center, 2Institute of Applied Physics “N. Carrara”, IFAC-CNR

Summary

तीसरे क्रम ऑप्टिकल गैर रेखीय संवेदनशीलता से संबंधित nonlinear घटना के कुशल पीढ़ी Χ (3) triply गुंजयमान सिलिका microspheres में बातचीत इस पत्र में प्रस्तुत किया है। बातचीत यहां बताया हैं: उत्तेजित रमन छितराया (एसआरएस), और जिसमें प्रेरित विरोधी स्टोक्स रमन प्रकीर्णन (सार्स) चार लहर मिश्रण प्रक्रियाओं।

Abstract

अचालक microspheres एक (महिला ग्रैंड मास्टर) उच्च गुणवत्ता कारक फुसफुसा गैलरी मोड के माध्यम से समय की लंबाई के लिए प्रकाश और ध्वनि सीमित कर सकते हैं। कॉम्पैक्ट लेजर स्रोतों, अत्यधिक संवेदनशील जैव रासायनिक सेंसर और nonlinear घटनाएं: कांच microspheres आवेदनों की एक विशाल विविधता के साथ ऊर्जा की एक दुकान के रूप में सोचा जा सकता है। दोनों microspheres और युग्मन प्रणाली के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल दिया जाता है। कप्लर्स यहाँ वर्णित पतला फाइबर होते हैं। तीसरे क्रम ऑप्टिकल गैर रेखीय संवेदनशीलता से संबंधित nonlinear घटना के कुशल पीढ़ी Χ (3) triply गुंजयमान सिलिका microspheres में बातचीत इस पत्र में प्रस्तुत किया है। बातचीत यहां बताया हैं: उत्तेजित रमन छितराया (एसआरएस), और जिसमें प्रेरित विरोधी स्टोक्स रमन प्रकीर्णन (सार्स) चार लहर मिश्रण प्रक्रियाओं। गुहा-बढ़ाया घटना का एक सबूत पंप, संकेत और आलसी व्यक्ति के बीच संबंध की कमी से दिया जाता है: एक गुंजयमान मोड आदेश जोड़ी प्राप्त करने के लिए मौजूद हैसंकेत और आलसी व्यक्ति की। hyperparametric दोलनों के मामले (चार लहर मिश्रण और उत्तेजित विरोधी स्टोक्स रमन बिखरने) में, मोड, पिछले नहीं बल्कि कम से कम ऊर्जा और गति संरक्षण को पूरा करना चाहिए और, एक अच्छा स्थानिक ओवरलैप है।

Introduction

फुसफुसा गैलरी मोड resonators (WGMR) दो अद्वितीय गुण, एक लंबे फोटॉन जीवनकाल और छोटे मोड मात्रा कि nonlinear घटना 1-3 की दहलीज की कमी की अनुमति दिखा। फुसफुसा गैलरी मोड ऑप्टिकल मोड कि कुल आंतरिक प्रतिबिंब द्वारा अचालक हवा इंटरफेस में सीमित कर रहे हैं। जबकि लौकिक कारावास गुहा की गुणवत्ता कारक क्यू से संबंधित है छोटा सा मोड मात्रा उच्च स्थानिक कारावास की वजह से है। WGMR अलग geometries हो सकता है और वहाँ विभिन्न निर्माण उच्च क्यू resonators जो इस तरह के उच्च गुणवत्ता वाले कारकों में तब्दील परमाणु पैमाने खुरदरापन के पास सिलिका microspheres प्रदर्शनी, के रूप में 4-6 सतह तनाव गुहाओं प्राप्त करने के लिए उपयुक्त तकनीक है। प्रसूति के दोनों प्रकार के काफी अंदर WGMR मजबूत ऊर्जा buildup के कारण nonlinear प्रभाव के लिए सीमा को कम। यह भी निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) nonlinear प्रकाशिकी अनुमति देता है।

WGMR वीं का उपयोग कर वर्णित किया जा सकताई क्वांटम संख्या n, एल, एम और उनके ध्रुवीकरण राज्य, हाइड्रोजन परमाणु 7 के साथ एक मजबूत सादृश्य में। गोलाकार समरूपता रेडियल और कोणीय निर्भरता में जुदाई की अनुमति देता है। रेडियल समाधान Bessel कार्य, गोलाकार harmonics 8 से कोणीय लोगों द्वारा दिया जाता है।

सिलिका ग्लास Centrosymmetric है और इसलिए, दूसरा आदेश Χ से संबंधित घटनाएं (2) बातचीत मना कर रहे हैं। Microsphere की सतह पर, समरूपता का उलटा टूट गया है और Χ (2) घटना 1 मनाया जा सकता है। हालांकि, दूसरे क्रम आवृत्ति पीढ़ी के लिए चरण मिलान की स्थिति विशेष रूप से, क्योंकि तरंग दैर्ध्य शामिल काफी अलग हैं और फैलाव की भूमिका काफी महत्वपूर्ण हो सकता है तीसरे क्रम आवृत्ति पीढ़ी में बराबर की तुलना में अधिक समस्याग्रस्त हैं। दूसरे क्रम बातचीत बेहद कमजोर कर रहे हैं। क्यू 3 के साथ उत्पन्न बिजली तराजू एक थी जबकिआरडी आदेश बातचीत क्यू 4 के साथ उत्पन्न बिजली तराजू। 9 कारण है कि, इस काम का ध्यान तीसरे क्रम ऑप्टिकल गैर रेखीय संवेदनशीलता Χ (3) ऐसे उत्तेजित रमन छितराया (एसआरएस) और उत्तेजित Antistokes रमन प्रकीर्णन के रूप में बातचीत (सार्स) है सार्स कम पता लगाया बातचीत 10,11 जा रहा है। चांग 12 और 13 Campillo WGMR के रूप में अत्यधिक nonlinear सामग्री लेकिन पंप लेजर सीडब्ल्यू के बजाय स्पंदित था की बूंदों का उपयोग कर nonlinear घटना की पढ़ाई का बीड़ा उठाया है। सिलिका microspheres 14,10 और 15 microtoroids सूक्ष्म बूंदों की तुलना में अधिक स्थिर और मजबूत प्लेटफॉर्म प्रदान की है, पिछले दशकों में ध्यान की ज्यादा फायदा हो रहा है। विशेष रूप से, सिलिका microspheres बनाना और संभाल करने के लिए बहुत आसान कर रहे हैं।

एसआरएस एक शुद्ध लाभ प्रक्रिया है कि आसानी से, सिलिका WGMR 14,15 में प्राप्त किया जा सकता है, क्योंकि एक सीमा तक पहुंचने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, उच्च circulatiएनजी WGMR अंदर तीव्रता रमन lasing की गारंटी देता है, लेकिन पैरामीट्रिक दोलनों के लिए पर्याप्त नहीं है। इन मामलों में, कुशल दोलनों चरण और मोड मिलान, ऊर्जा और गति संरक्षण कानून और सभी गुंजयमान मोड का एक अच्छा स्थानिक ओवरलैप 16-18 को पूरा किया जा करने की आवश्यकता है। यह सार्स और FWM सामान्य में लिए मामला है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. गुणवत्ता microspheres की Ultrahigh फैक्टर का निर्माण

  1. एक मानक एकल मोड (SMF) सिलिका फाइबर अपने एक्रिलिक कोटिंग बंद एक ऑप्टिकल खाल उधेड़नेवाला का उपयोग कर के बारे में 1-2 सेमी पट्टी।
  2. एसीटोन के साथ छीन भाग को साफ करने और इसे फोड़ना।
  3. एक संलयन splicer के एक हाथ में cleaved टिप परिचय और splicer नियंत्रक का उपयोग इलेक्ट्रिक आर्क निर्वहन की एक श्रृंखला का उत्पादन। splicer नियंत्रक मेनू से "मैनुअल आपरेशन" का चयन करें, चाप सत्ता के स्तर के लिए मूल्यों की स्थापना की और 60 और 800 मिसे क्रमश अवधि चाप; "चाप" का चयन करें और नीचे "+" धक्का।
  4. एक बार एक क्षेत्र आकार ले रहा है, बंद करो, 90 डिग्री से बारी बारी से और फाइबर 1.3 चरण दोहराएँ।
  5. दोहराएँ कदम 1.3 कम से कम 4 बार के बारे में 160 माइक्रोन की एक microsphere प्राप्त करने के लिए। के बारे में 260 माइक्रोन की एक microsphere प्राप्त करने के लिए 16 बार दोहराएँ।
    नोट: इलेक्ट्रिक आर्क निर्वहन उच्च तापमान के पिघलने सिलिका ग्लास फ्यूज करने की जरूरत का उत्पादन होगा। surfacई तनाव mollified फाइबर सिरे से एक अंडाकार आकृति को आकर्षित करेगा; क्षेत्रों के आकार सीधे चाप शॉट्स की संख्या के अनुपात के रूप में यह आंकड़ा 1 19 में देखा जा सकता है, के बारे में 350 माइक्रोन की एक व्यास पर saturating। रोटेशन गुंजयमान यंत्र की एक गोलाकार आकृति सुनिश्चित करता है।

2. एक पतला फाइबर ड्राइंग

नोट: पतला फाइबर भी microresonators में प्रकाश युग्मन के लिए आवश्यक है। microsphere के आकार घटना की कमर का निर्धारण करेगा। क्षेत्र के व्यास से बड़ा 125 माइक्रोन के लिए, शंकु के व्यास के बारे में 3-4 माइक्रोन के हो सकते हैं। छोटे लोगों के लिए, शंकु का व्यास छोटा होना चाहिए, 1-2 माइक्रोन कहते हैं। आदेश में कम स्तर पर घाटे को रखने के लिए और पतला खंड में मात्र एक मोड (मौलिक एक) करने के लिए, गावदुम समोष्ण (पतली व्यास करने के लिए मोटी से क्रमिक संक्रमण) हो गया है। समोष्ण पतला खंड के विशिष्ट कुल लंबाई के बारे में 2 सेमी है। FiguRe 2 फाइबर खींचने के लिए घर का बना डिवाइस से पता चलता है और चित्रा 3A एक ठेठ कमर क्षेत्र के एक microphoto पता चलता है।

  1. एक मानक एकल मोड (SMF) सिलिका फाइबर ऑप्टिकल एक खाल उधेड़नेवाला का उपयोग कर अपने एक्रिलिक कोटिंग बंद की पट्टी 3-4 सेमी, और कनेक्ट फाइबर एक लेजर (इनपुट) और एक बिजली मीटर (उत्पादन) को समाप्त होता है। सुनिश्चित करें कि छीन क्षेत्र फाइबर के बीच में लगभग है, एक छोर पर नहीं हो। आदेश में एक नंगे फाइबर टर्मिनेटर का प्रयोग फाइबर लेजर और बिजली मीटर के लिए समाप्त हो जाती है कनेक्ट करने में सक्षम हो। लेजर और काम बेंच के शीर्ष पर बिजली मीटर रखें।
  2. एक छोटी एल्यूमिना सिलेंडर के अंदर छीन फाइबर, और दो अनुवाद चरणों में है कि खींच प्रक्रिया के दौरान एक साथ उकसाना में फाइबर की लेपित सिरों रखें।
  3. एक तापमान सिलिका की एक गलनांक (लगभग 2,100 डिग्री सेल्सियस) को बंद करने के लिए एल्यूमिना सिलेंडर (है कि एक ओवन के रूप में कार्य करता है) एक ऑक्सीजन-ब्यूटेन लौ से गर्मी।
  4. obse से घटना की adiabaticity अनुमानएक लेज़र प्रकाश 635 एनएम में परिचालन के लिए संचरण का rvation। जाँच करें कि उत्पादन में एक सजातीय परिपत्र जगह है, जबकि लंबा और पतला यह दर्शाता है कि कोई मोड पांव मार होती है संरक्षित है। खींच बंद करो और लौ रिटायर जब प्रेषित शक्ति दोलन बंद हो जाता है, और समय के साथ स्थिर है।
  5. एक खुर्दबीन गिलास स्लाइड एक यू के रूप घटना को समायोजित करने में आकार में पतला फाइबर गोंद (चित्रा 3 बी देखें)। आयामों 76x26x1.2 मिमी की एक माइक्रोस्कोप गिलास स्लाइड का प्रयोग करें।

3. छोटे microspheres का निर्माण

ध्यान दें: एक मानक फाइबर पहने के आकार के नीचे व्यास के साथ छोटे microspheres फाइबर के पिछले गावदुम की आवश्यकता होती है। इस विधि का उपयोग कर प्राप्त न्यूनतम व्यास के बारे में 25 माइक्रोन है।

  1. धारा 2 का पालन करके, एक पतला फाइबर खींचना, खींच जब तक यह टूट जाता है।
  2. धारा 1 (UHQ microspheres के निर्माण), लेकिन 1.3 चरण में के सभी चरणों का पालन करें, splicer सह पर मूल्यों को संशोधितntroller के रूप में इस प्रकार है: चाप बिजली 20, चाप अवधि में 1,200 मिसे।

4. Microsphere में युग्मन लाइट

नोट: हम microsphere में जोड़े को प्रकाश में शंकु का उपयोग करें और microresonator की अनुनादों उपाय।

  1. 4.1। बीच में एक चैनल के साथ एक टी आकार का पीवीसी / एल्यूमीनियम धारक तैयार करें। धारक में स्कॉच जादू या कागज चिपकने वाला टेप का एक टुकड़ा के साथ microsphere की अवशिष्ट फाइबर स्टेम ठीक करें। पीजोइलेक्ट्रिक actuators और 20 एनएम के एक पोजीशनिंग संकल्प के साथ एक अनुवाद चरण में दो शिकंजा के साथ धारक दबाना।
  2. घटना microsphere फाइबर स्टेम को सीधा तैनात स्लाइड विमान के साथ एक और अनुवाद चरण में कांच स्लाइड से चिपके को ठीक करें। समाप्त करने के लिए फाइबर केबल घटना के सिरों ब्याह। ट्यून करने योग्य डायोड लेजर करने के लिए एक अंत और एक InGaAs photodiode डिटेक्टर करने के लिए एक दूसरे से कनेक्ट।
  3. सह करने के लिए लंबे समय तक काम दूरी (> 20 मिमी) के साथ एक खुर्दबीन ट्यूब का प्रयोग करेंशंकु और microsphere बीच की खाई को ntrol। आदेश ट्यूब दिशा इतना है कि स्थिति microsphere की भूमध्य रेखा के शंकु के सापेक्ष नियंत्रित किया जा सकता करने के लिए सम्मान के साथ 45 डिग्री पर एक दर्पण दूसरी दिशा जगह में सिस्टम पर नजर रखने के लिए।
    1. पतला फाइबर के साथ संपर्क में microsphere की भूमध्य रेखा स्थिति।
  4. लेजर पर मुड़ें और एक आस्टसीलस्कप में microsphere-शंकु प्रणाली के प्रसारण के स्पेक्ट्रम की जाँच करें।
    1. ट्यून सीडब्ल्यू लेजर 1,550 एनएम पर परिचालन जब तक अनुनादों दिखाई देते हैं। अनुनादों पहचाना जा सकता है Lorentzian आकार का स्पेक्ट्रम में गिरावट के रूप में।
  5. अनुनाद linewidth (Lorentzian के आकार डुबकी की पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम) को मापने। पंप गूंज linewidth से विभाजित आवृत्ति के रूप में क्यू कारक की गणना।
  6. कम /, क्षेत्र और शंकु के बीच के अंतर को बढ़ाने में वृद्धि / युग्मन दक्षता कम करने के लिए दोनों गूंज चौड़ाई और गहराई से बदल रहा है।
  1. एक अर्बियम डाल दिया गया फाइबर एम्पलीफायर (EDFA) सीडब्ल्यू लेजर 1,550 एनएम और attenuator पर परिचालन के बीच डालें। EDFA 1,530-1,570 एनएम तरंगदैर्ध्य रेंज में काम करता है। नोट: यह 2 डब्ल्यू nonlinear प्रभाव की एक अधिकतम बिजली उत्पादन उच्च इनपुट शक्तियों तक पहुँचने की जरूरत है, लेजर शक्ति को बढ़ावा देगा चित्रा 4 प्रयोगात्मक सेट अप का एक स्केच से पता चलता है।।
  2. एक 3 डी बी फाड़नेवाला को समाप्त फाइबर केबल के साथ घटना के एक छोर से कनेक्ट। ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक और कहा कि आस्टसीलस्कप से जुड़ा है एक तस्वीर डिटेक्टर करने के लिए एक दूसरे को फाड़नेवाला उत्पादन फाइबर की एक कनेक्ट।
  3. ट्यून कम आवृत्तियों के लिए उच्च से लेजर एक थर्मल बहाव लेजर की तरंग दैर्ध्य गति स्कैन करने के लिए तुलनीय के साथ एक प्रतिध्वनि जब तक पाया जाता है। जब थर्मल स्वयं ताला 20 से हासिल की है गूंज के विस्तार आस्टसीलस्कप पर देखा जा सकता है।
  4. बिजली उत्पादन शंकु के माध्यम से प्रेषित की जाँच करेंएक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक में। जब तक रमन लेजर लाइन प्रतीत होता है शक्ति बढ़ाएँ। यह 13.5 के बारे में THz में पंप तरंगदैर्ध्य से detuned है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Microspheres की क्यू कारकों निम्नलिखित प्रोटोकॉल ऊपर वर्णित 10 8 (चित्रा 5) बड़े व्यास के लिए (> 200 माइक्रोन) से अधिक और छोटे व्यास के लिए 10 6 (<50 माइक्रोन) से अधिक में हैं गढ़े। 95% (महत्वपूर्ण युग्मन के पास) से ऊपर अनुनाद विपरीत आसानी से देखा जा सकता है। उच्च घूम तीव्रता के लिए, अवरक्त क्षेत्र में निम्नलिखित nonlinear प्रभाव मनाया जा सकता है: रमन बिखरने प्रेरित (एसआरएस), एसआरएस 21 cascaded प्रेरित विरोधी स्टोक्स रमन बिखरने (सार्स) और चार लहर मिश्रण (FWM) और FWM गयी। रमन लाभ बराबर रास्ते में प्रकाश में आगे यात्रा और पिछड़े दिशा amplifies, एसआरएस के लिए खड़े तरंगों बनाने और एसआरएस cascaded। FWM जोड़े लहरों यात्रा कर रहे हैं। माप का एक उदाहरण आंकड़े 6 और 7 में देखा जा सकता है।

Figurई 6 दो एसआरएस लाइनों 100 एनएम (1,608 एनएम और 1,708 एनएम) द्वारा अलग से पता चलता है और पंप के आसपास के क्षेत्र में मध्यम के इलेक्ट्रॉनिक केर nonlinearity पर आधारित एक cascaded चार फोटॉन पैरामीट्रिक प्रक्रिया है, के बारे में 50 व्यास के माइक्रोन की एक microsphere के लिए, 1,546.6 एनएम पर पंप। इस मामले FWM degenerated है, पंप के दो फोटॉनों एक संकेत और आलसी व्यक्ति फोटॉन उत्पन्न करते हैं। इसी तरह के परिणाम 1,551 एनएम (चित्रा 7) के बारे में 98 मीटर व्यास की एक microsphere पम्पिंग द्वारा प्राप्त किया गया। इधर, एक रमन कंघी देखा जा सकता है 1,666.2 एनएम पर केंद्रित है, और माध्यमिक लाइनें कम क्षमता के साथ पंप के आसपास के क्षेत्र में देखा जा सकता है (FWM विकृत)। इसके अलावा, विरोधी स्टोक्स लाइन 1,451 एनएम पर केंद्रित है, और दो सममित sidebands 10 एनएम से अलग होती है। इस मामले में, पंप और स्टोक्स क्षेत्रों पर्याप्त निर्मित कर रहे हैं, लेकिन सार्स की दक्षता पार चरण मॉडुलन (XPM) इंटरैक्टिव क्षेत्रों (पंप, स्टोक्स और विरोधी स्टोक्स) के बीच में होने के कारण चरण बेमेल द्वारा रुकावट है। प्रति के मामले में fect चरण मिलान, स्टोक्स और विरोधी स्टोक्स घटकों को एक दूसरे के दर्पण होगा।

सार्स हमेशा एसआरएस के अभाव में कभी नहीं, Bloembergen और शेन 22 के सिद्धांत के साथ समझौते में एसआरएस की उपस्थिति में पता चला है, और। सार्स तीव्रता विशेष रूप से बढ़ाया है जब सार्स आवृत्ति एक गुहा मोड और चरण पंप और एसआरएस संकेत के साथ मिलान के साथ सुनाई देती है। चित्रा 8 एक उदाहरण है। यह एक एसआरएस और सार्स लाइन (क्रमश: 1,629 एनएम और 1,459 एनएम) 90 एनएम से अलग कर दिया और अन्य एसआरएस लाइनों 1,613.8 एनएम, 1,645.6 एनएम, 1710 एनएम, 1,727.6 एनएम और 1,745.8 एनएम पर केंद्रित पता चलता है। आंकड़ा 9 परिपूर्ण चरण मिलान के एक मामले से पता चलता 65 माइक्रोन व्यास 1572 एनएम पर पंप की एक microsphere के लिए। स्टोक्स लाइन 1640 एनएम पर केंद्रित है और Antistokes 1490 एनएम (347 सेमी के बारे में की आवृत्ति में जुदाई -1) पर केंद्रित है।

लेस / ftp_upload / 53938 / 53938fig1.jpg "/>
चित्रा 1. Microsphere आयाम हैं। एक मानक 125 माइक्रोन दूरसंचार फाइबर की नोक पर उत्पादित microspheres के आकार, एक फाइबर फ्यूजन Splicer में चाप शॉट्स के एक समारोह के रूप में। यह आंकड़ा से संशोधित किया गया है। [18] देखने के लिए यहाँ क्लिक करें यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण।

चित्र 2
चित्रा 2. एक घटना फाइबर। प्रायोगिक एक पतला फाइबर ड्राइंग के लिए सेट-अप आकर्षित किया था। फाइबर दो फाइबर अकड़न, जो एक रपट खंड पर स्थित हैं दो पटरियों के शीर्ष पर, द्वारा आयोजित किया जाता है। संरचना पोर्टेबल है। पर ब्लॉक एक पेंच है कि फाइबर के अलावा खींचतान से जुड़ा है। इस का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करेंचित्रा।

चित्र तीन
चित्रा 3. एक घटना फाइबर। (ए) एक शंकु कमर के ऑप्टिकल माइक्रोग्राफ। हरे रंग के हस्तक्षेप के प्रभाव के कारण है, और इसकी एकरूपता पतला वर्ग के साथ मोटाई में एकरूपता इंगित करता है। (बी) शंकु इसकी यू के आकार का कांच समर्थन से चिपके। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
एक tunable डायोड लेजर (TDL) एक EDFA से परिलक्षित होता है से संकेत और, एक attenuator और एक polarizer गुजर जाने के बाद, एक पतला फाइबर के माध्यम से WGMR में शुरू होता है: चित्रा 4. प्रयोगात्मक सेट अप। उत्पादन में संकेत विभाजित है और एक में भेजा जाता हैऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक (ओएसए) और एक photodiode एक आस्टसीलस्कप में संकेत पर नजर रखने के लिए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. अनुनादों। 250 माइक्रोन की एक व्यास के एक 4 माइक्रोन कमर पतली फाइबर के लिए युग्मित के साथ एक सिलिका क्षेत्र की महिला ग्रैंड मास्टर गूंज। लाल रेखा सबसे अच्छा फिट एक Lorentz समारोह का उपयोग कर रहा है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 छोटे microspheres की Nonlinear स्पेक्ट्रम। FWM की प्रायोगिक स्पेक्ट्रम और रमन cascaded50 माइक्रोन व्यास की एक microsphere में लाइनों। पंप 1,546.6 एनएम पर चोटी है, cascaded FWM चोटियों, सममित लाइनों है कि पंप (13 एनएम की जुदाई) के करीब दिखाई देते हैं, जबकि cascaded रमन लाइनों पंप से और खुद से 13.5 के बारे में THz (या लगभग 100 एनएम) पर अलग (1,608 एनएम पहली पंक्ति, 1,708 एनएम दूसरी पंक्ति)। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. ultrahigh क्यू microspheres की Nonlinear स्पेक्ट्रम। पंप और 98 मीटर व्यास की एक microsphere में एसआरएस कंघी के आसपास के क्षेत्र में सार्स, FWM की प्रायोगिक स्पेक्ट्रम। पंप चोटी 1,551 एनएम पर केंद्रित है, degenerated FWM पंप करने के लिए करीब से देखा जाता है। एसआरएस लाइन 100 एनएम द्वारा अलग 1,646 एनएम पर केंद्रित है और इसी सार्स ग1,451.5 एनएम पर प्रवेश किया। सार्स लाइन के आसपास के क्षेत्र में दो सममित लाइनों FWM विकृत कर रहे हैं। रमन कंघी 1,666.2 एनएम पर केंद्रित है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
8 चित्रा गुहा बढ़ाया सार्स स्पेक्ट्रम। 40 माइक्रोन व्यास की एक microsphere में सार्स की प्रायोगिक स्पेक्ट्रम। पंप 1,539.4 एनएम पर केंद्रित है, एसआरएस लाइन 1,629.6 एनएम पर केंद्रित है और इसी सार्स 1,459 एनएम पर केंद्रित है। अन्य एसआरएस लाइनों 1,613.8 एनएम, 1,645.6 एनएम, 1710 एनएम, 1,727.6 एनएम और 1,745.8 एनएम पर केन्द्रित कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा बिल्कुल सही मिलान चरण SRS-सार्स। सार्स और एसआरएस की प्रायोगिक स्पेक्ट्रम पूरी तरह से चरण 1 करने के लिए एक सार्स-एसआरएस तीव्रता अनुपात बंद के साथ मिलान microsphere व्यास 65 माइक्रोन है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Microspheres कॉम्पैक्ट और कुशल nonlinear oscillators रहे हैं और वे बनाना और संभाल करने के लिए बहुत आसान कर रहे हैं। पतला फाइबर युग्मन और गुंजयमान यंत्र से / में प्रकाश निकालने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 95% तक अनुनाद विपरीत और के बारे में 3 एक्स 10 8 के क्यू कारकों प्राप्त किया जा सकता है।

इन निर्माण तकनीक की मुख्य सीमा बड़े पैमाने पर उत्पादन और एकीकरण है। फाइबर की साफ-सफाई दोनों microspheres और tapers के लिए महत्वपूर्ण है, और इतनी नमी है। दोनों उपकरणों को एक लंबे समय तक चलने प्रयोगशाला जीवन के लिए शुष्क वातावरण में रखा जाना चाहिए। बहुत पतली tapers कमजोर कर रहे हैं; बड़ी सावधानी जब युग्मन लिया जाना चाहिए। क्यू कारक के बारे में, microsphere आकार महत्वपूर्ण हो सकता है। 50 से 500 माइक्रोन से लेकर व्यास के साथ microspheres में, क्यू के 10 10 से अधिक में वैक्यूम 23 में प्रदर्शन किया गया है। एक microsphere की आंतरिक क्यू नुकसान की कई प्रकार से योगदान से निर्धारित होता है: आंतरिक वक्रताघाटा (क्यू रेड), अवशिष्ट सतह inhomogeneity पर रमन बिखरने और रेले बिखरने घाटा, आंतरिक सामग्री के नुकसान, और सतह contaminants द्वारा शुरू घाटा (उत्तरार्द्ध व्यास उच्च घाटा 22 आकार निर्भर कर रहे हैं, कम)। क्यू रेड -1 बढ़ते आकार के साथ गायब हो जाती है। यह तेजी से आर की तुलना में कम हो जाती है -5/2 24 हमारा microspheres है कि 25 के व्यास से 250 माइक्रोन तक होती है क्यू प्राप्त से लेकर प्र क्यू कारकों के परम निर्वात मूल्य से नीचे कई परिमाण कारक है 5 एक्स 10 6 तक 3 एक्स 10 से 8।

Microspheres के निर्माण के लिए प्रयुक्त अन्य तरीकों सीओ 2 या ब्यूटेन / एन 2 ओ मशाल का उपयोग शामिल है। सभी प्रक्रियाओं में, सतह तनाव एक अंडाकार आकृति में पिघल सिलिका आकर्षित करेगा। इधर, फाइबर पिघलने के लिए साधन का चुनाव केवल किफायती है। सीओ 2 लेज़रों महंगे हैं, जलाकर या स्प्लाईसर का उपयोग कर सभी प्रयोगशालाओं में मौजूद हैंफाइबर। Tapers भी कांच आवरण और कोर के Hydrofluoric एसिड (एचएफ) कटाव से गढ़े जा सकता है। यह विधि अत्यंत लंबा है; 5 घंटे के बारे में एक 4 माइक्रोन घटना के लिए एक 125 माइक्रोन फाइबर thinning के लिए आवश्यक हैं। एक और दोष adiabaticity की कमी है, एचएफ एक ही दर पर सभी ग्लास इरोड होगा।

Tapers कम घाटा दिखाना चाहिए; अन्यथा यह nonlinear प्रभाव का पालन करने के लिए मुश्किल हो जाएगा। युग्मन दक्षता भी बहुत महत्वपूर्ण है। शंकु और microsphere बीच की खाई को युग्मन शासन का निर्धारण करेगा। गूंज से अंतराल के प्रत्यक्ष परिवर्तन, और / या मामूली detuning करके, nonlinear प्रभाव भी बढ़ाया जा सकता है या कम किया है।

WGMR क्वांटम कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए गैर-शास्त्रीय प्रकाश पीढ़ी के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं। परमाणुओं क्वांटम विद्युत प्रयोगों और शंकु फाइबर के लिए उनके सतहों के पास फंस जा सकता चुनौतीपूर्ण वातावरण में एक कुशल परिवहन की अनुमति देगा। एसआरएस और सार्स विकिरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकतास्पेक्ट्रोस्कोपी माप के लिए और भी सक्रिय संवेदन के लिए यह हाल ही में 25 के रूप में साबित किया गया है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical Fiber Corning SMF28
Fiber coating stripper Thorlabs T06S13 Available from other vendors as well
Fiber cleaver Fitel S325A Available from other vendors as well
Fusion splicer Furakawa S177A-1R Available from other vendors as well
Butane and Oxygen Gas n/a any vendor
Microscope tube Navitar Zoom 6000 Modular Kit
CCD camera n/a N/A any will fit
Monitor n/a N/A any monitor is valid
3-Axis Stage PI Instruments, Thorlabs, Melles
Assorted posts and mounts Thorlabs Available from other vendors as well
Polarization control Thorlabs FPC030 Available from other vendors as well
Attenuator Throlabs VOA50
Photodiode Thorlabs PDA400 discontinued, replaced by PDA10CS-EC
Oscilloscope Tektronix DPO7104
Optical spectrum analyzer Ando AQ6317B
Erbium Doped Fiber Amplifier IPG Photonics EAD-2K-C
Tunable Laser Yenista TUNICS

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kozyreff, G., Dominguez-Juarez, J. L., Martorell, J. Non linear optics in spheres: from second harmonic scattering to quasi-phase matched generation in whispering gallery modes. Laser Photon. Rev. 5 (6), (2011).
  2. Farnesi, D., Barucci, A., Righini, G. C., Berneschi, S., Soria, S., Nunzi Conti, G. Optical frequency generation in silica microspheres. Phys. Rev. Lett. 112 (9), 093901 (2014).
  3. Liang, W., et al. Miniature multioctave light source based on a monolithic microcavity. Optica. 2 (1), 40-47 (2015).
  4. Maker, A. J., Armani, A. M. Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators. J. Vis. Exp. (65), e4164 (2012).
  5. Coillet, A., Henriet, R., Phan Huy, K., Jacquot, M., Furfaro, L., Balakireva, I., et al. Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators. J. Vis. Exp. (78), e50423 (2013).
  6. Han, K., Kim, K. H., Kim, J., Lee, W., Liu, J., Fan, X., et al. Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators. J. Vis. Exp. (87), e51497 (2014).
  7. Arnold, S. Microspheres, Photonic Atoms, and the Physics of Nothing. American Scientist. 89 (5), 414-421 (2001).
  8. Chiasera, A., et al. Spherical whispering gallery mode microresonators. Laser Photon. Rev. 4 (3), 457-482 (2010).
  9. Helt, L. G., Liscidini, M., Sipe, J. E. How does it scale? Comparing quantum and classical nonlinear optical processes in integrated devices. J. Opt. Soc. Am. B. 29 (8), 2199-2212 (2012).
  10. Leach, D. H., Chang, R. K., Acker, W. P. Stimulated anti-Stokes Raman scattering in microdroplets. Opt. Lett. 17 (6), 387-389 (1992).
  11. Farnesi, D., Cosi, F., Trono, C., Righini, G. C., Nunzi Conti, G., Soria, S. Stimulated Antistokes Raman scattering resonantly enhanced in silica microspheres. Opt. Lett. 39 (20), 5993-5996 (2014).
  12. Qian, S. X., Chang, R. K. Multiorder Stokes emission from micrometer size droplets. Phys. Rev. Lett. 56 (9), 926-929 (1986).
  13. Lin, H. B., Campillo, A. J. CW nonlinear optics in droplet microcavities displaying enhanced gain. Phys. Rev. Lett. 73 (18), 2440-2443 (1994).
  14. Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Vahala, K. J. Ultralow threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity. Nature. 415 (6872), 621-623 (2002).
  15. Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. Kerr-Nonlinearity optical parametrical oscillation in an ultrahigh Q toroid microcavity. Phys. Rev. Lett. 93 (8), 083904 (2004).
  16. Hill, S. C., Leach, D. H., Chang, R. K. Third order sum frequency generation in droplets: model with numerical results for third-harmonic generation. J. Opt. Soc. Am. B. 10 (1), 16-33 (1993).
  17. Kozyreff, G., Dominguez Juarez, J. L., Martorell, J. Whispering gallery mode phase matching for surface second order nonlinear optical processes in spherical microresonators. Phys. Rev. A. 77 (4), 043817 (2008).
  18. Jouravlev, M. V., Kurizki, G. Unified theory of Raman and parametric amplification in nonlinear microspheres. Phys. Rev. A. 70 (5), 053804 (2004).
  19. Brenci, M., Calzolai, R., Cosi, F., Nunzi Conti, G., Pelli, S., Righini, G. C. Microspherical resonators for biophotonic sensors. Proc. SPIE. 6158, 61580S (2006).
  20. Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. J. Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities. Opt. Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).
  21. Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Min, B., Vahala, K. J. Theoretical and experimental study of stimulated and cascaded Raman scattering in ultrahigh Q optical microcavities. J. Sel. Quantum Electron. 10 (5), 1219-1228 (2004).
  22. Bloembergen, N., Shen, Y. R. Coupling between vibrations and light waves in Raman laser media. Phys. Rev. Lett. 12 (18), 504-507 (1964).
  23. Gorodestky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high Q microspheres. J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).
  24. Arnold, S., Ramjit, R., Keng, D., Kolchenko, V., Teraoka, I. Microparticle photophysics illuminates viral bio-sensing. Faraday Discuss. 137, 65-83 (2008).
  25. Ozdemir, S. K., et al. Highly sensitive detection of nanoparticle with a self referenced and self-heterodyned whispering gallery Raman microlaser. Proc. Natl. Acad. Sci USA. 11 (37), E3836-E3844 (2014).

Tags

इंजीनियरिंग अंक 110 microresonators फुसफुसा गैलरी मोड उत्तेजित बिखरने गैर रेखीय प्रकाशिकी चार लहर मिश्रण Antistokes बिखरने प्रेरित
प्रेरित स्टोक्स और Microspherical फुसफुसा गैलरी मोड resonators में Antistokes रमन प्रकीर्णन
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Farnesi, D., Berneschi, S., Cosi,… More

Farnesi, D., Berneschi, S., Cosi, F., Righini, G. C., Soria, S., Nunzi Conti, G. Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators. J. Vis. Exp. (110), e53938, doi:10.3791/53938 (2016).

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