प्रेरित स्टोक्स और Microspherical फुसफुसा गैलरी मोड resonators में Antistokes रमन प्रकीर्णन
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।
Protocol
Representative Results
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 विपर…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi
Ente Cassa di Risparmio di Firenze (No. 2014.0770A2202.8861)
Materials
| 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 |
Referências
- 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).
- 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).
- Liang, W., et al. Miniature multioctave light source based on a monolithic microcavity. Optica. 2 (1), 40-47 (2015).
- Maker, A. J., Armani, A. M. Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators. J. Vis. Exp. (65), e4164 (2012).
- 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).
- 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).
- Arnold, S. Microspheres, Photonic Atoms, and the Physics of Nothing. American Scientist. 89 (5), 414-421 (2001).
- Chiasera, A., et al. Spherical whispering gallery mode microresonators. Laser Photon. Rev. 4 (3), 457-482 (2010).
- 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).
- Leach, D. H., Chang, R. K., Acker, W. P. Stimulated anti-Stokes Raman scattering in microdroplets. Opt. Lett. 17 (6), 387-389 (1992).
- 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).
- Qian, S. X., Chang, R. K. Multiorder Stokes emission from micrometer size droplets. Phys. Rev. Lett. 56 (9), 926-929 (1986).
- Lin, H. B., Campillo, A. J. CW nonlinear optics in droplet microcavities displaying enhanced gain. Phys. Rev. Lett. 73 (18), 2440-2443 (1994).
- Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Vahala, K. J. Ultralow threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity. Nature. 415 (6872), 621-623 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jouravlev, M. V., Kurizki, G. Unified theory of Raman and parametric amplification in nonlinear microspheres. Phys. Rev. A. 70 (5), 053804 (2004).
- Brenci, M., Calzolai, R., Cosi, F., Nunzi Conti, G., Pelli, S., Righini, G. C. Microspherical resonators for biophotonic sensors. Proc. SPIE. 6158, 61580S (2006).
- Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. J. Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities. Opt. Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).
- 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).
- Bloembergen, N., Shen, Y. R. Coupling between vibrations and light waves in Raman laser media. Phys. Rev. Lett. 12 (18), 504-507 (1964).
- 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).
- Arnold, S., Ramjit, R., Keng, D., Kolchenko, V., Teraoka, I. Microparticle photophysics illuminates viral bio-sensing. Faraday Discuss. 137, 65-83 (2008).
- 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).
