마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로
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
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 부?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| Material Name | Company |
| 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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