Name: stimulated stokes and antistokes raman scattering in microspherical whispering gallery mode resonators
Uploaded: 2016-04-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators at JoVE.com

Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi
Ente Cassa di Risparmio di Firenze (No. 2014.0770A2202.8861)

ייצור 1. פקטור ultrahigh של מיקרוסכמות איכות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתפשט על 1-2 סנטימטר של סיבי סיליקה יחיד במצב רגיל (SMF) את הציפוי אקרילי שלה באמצעות חשפנית אופטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנקה את החלק הפשיט עם אצטון ולהעיף אותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג את הקצה בקע בזרוע אחת של splicer פיוז&#39;ן לייצר סדרה של פריקות קשת חשמליות באמצעות בקר splicer. בחר &quot;הפעלה ידנית&quot; מתפריט בקר splicer, להגדיר את הערכים עבור רמת כוח קשת קשת משך זמן עד msec 60 ו -800, בהתאמה; בחר &quot;קשת&quot; ולדחוף התחתון &quot;+&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר כדור יקרום עור וגידים, לעצור, לסובב את הסיבים על-ידי 90 ° וחזור על שלב 1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.3 לפחות 4 פעמים כדי לקבל microsphere של כ -160 מיקרומטר. חזור 16 פעמים כדי לקבל microsphere של כ 260 מיקרומטר. הערה: פריקות קשת חשמלי תפיק את טמפרטורת ההתכה הגבוהה הדרושות כדי למזג את זכוכית סיליקה. surfacמתח דואר ימשוך אליפטית מקצה הסיבים המפויס; בגודל של הספירות עומד ביחס ישר למספר יריות קשת, להרוות ב בקוטר של כ -350 מיקרומטר, כפי שניתן לראות באיור 1 19. הסיבוב מבטיח צורה כדורית של המהוד. </li></ol> 2. ציור סיבים Tapered ההערה: הסיבים המחודדים גם דרושים צימוד אור לתוך microresonators. גודלו של microsphere יקבע את המותניים של להתחדד. לקטרים ​​כדור גדול מ -125 מיקרומטר, הקוטר של להתחדד יכול להיות של כ 3-4 מיקרומטר. עבור קטנים, הקוטר של להתחדד צריך להיות קטן, משהו כמו 1-2 מיקרומטר. על מנת לשמור על פסדים בגובה נמוך יש רק מצב אחד בקטע המחודד (אחד הבסיסי), היצרות צריך להיות adiabatic (מעבר הדרגתי עבה בקוטר דק). האורך הכולל הטיפוסי של הסעיף המחודד adiabatic הוא כ -2 סנטימטרים. Figuבתשובה לשאלה 2 מציגה את מכשיר תוצרת בית עבור משיכת הסיב איור 3A מראה microphoto של אזור המותניים טיפוסי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רצועת 3-4 סנטימטר של סיבי סיליקה יחיד במצב רגיל (SMF) את הציפוי אקרילי שלה באמצעות חשפנית אופטית, ולחבר את הסיב מסתיים ליזר (קלט) ו מד כוח (פלט). הקפד כי האזור הפשיט הוא בערך באמצע של הסיבים, לא בקצה אחד. השתמש terminator סיבים חשופים כדי להיות מסוגל להתחבר הסיב מסתיים למונה לייזר וכוח. מניחים את הלייזר ואת מד הכוח על גבי הספסל עבודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הסיבים הפשיטו בתוך גליל אלומינה קצר, ואת הקצוות המצופים של הסיבים לשני שלבי תרגום כי להניע בו זמנית במהלך התהליך המשייך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את גליל אלומינה (שפועל תנור) על ידי להבה חמצן-בוטאן עד לטמפרטורה קרובה לנקודת ההתכה של סיליקה (כ -2,100 מעלות צלזיוס). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיק את adiabaticity של להתחדד מן observation של העברת אור לייזר הפועלים 635 ננומטר. בדוק במוצא כתם עגול הומוגנית נשמר תוך מתחדדת, המציין כי אין מצב ערבול מתרחש. הפסק למשוך לפרוש את הלהבה כאשר הכוח המועבר מפסיק נדנוד, והוא קבוע לאורך זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדביק את הסיבים המחודדים לתוך שקופיות זכוכית מיקרוסקופ בצורה בצורת פרסה כדי להכיל את להתחדד (ראה איור 3B). השתמש שקופיות זכוכית מיקרוסקופ של ממדים 76x26x1.2 מ&quot;מ. </li></ol> 3. ייצור של מיקרוסכמות קטנות הערה: microspheres הקטן בקטרים ​​מתחת בגודל של סיבי תקן הלבושים דורש התחדדות קודמת של הסיבים. הקוטר המינימלי המתקבל באמצעות שיטה זו הוא כ -25 מיקרומטר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על ידי ביצוע הסעיף 2, לצייר סיבים מחודדים, מושך עד שהוא פורץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את כל השלבים של סעיף 1 (ייצור של microspheres UHQ) אבל בשלב 1.3, לשנות את הערכים על שיתוף splicerntroller כדלקמן: כוח קשת 20, משך קשת 1,200 msec. </li></ol> 4. אור זיווגים לתוך Microsphere הערה: אנו משתמשים להתחדד לזוג אור לתוך microsphere ולמדוד את תהודות microresonator. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 4.1. כן בעל T בצורת PVC / אלומיניום עם ערוץ באמצע. תקן גזע סיבים שיורית של microsphere עם מעשה-כישוף.&quot; ויסקי או דבק נייר לתוך המחזק. קלאמפ בעל עם שני ברגים לתוך במת תרגום עם מפעילי פיזואלקטריים החלטת מיצוב של 20 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את להתחדד מודבק לשקופית הזכוכית לתוך במת תרגום אחרת עם המטוס שקופית בניצב גזע סיבי microsphere. אחוי את הקצוות של הפתיל על כבלי סיבים הסתיימו. חבר קצה אחד של לייזר דיודה מתכונן והשני כדי גלאי פוטודיודה InGaAs. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש צינור מיקרוסקופ עם מרחק עבודה ארוך (&gt; 20 מ&quot;מ) לשתףntrol הפער בין להתחדד ו microsphere. על מנת לפקח על המערכת במקום בכיוון ההפוך מראה על 45 מעלות ביחס לכיוון הצינור כך שהמיקום יחסית להתחדד לקו המשווה של microsphere ניתן לשלוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את הקו המשווה של microsphere במגע עם הסיבים המחודדים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר ולבדוק את ספקטרום שידור של מערכת microsphere-להתחדד ב אוסצילוסקופ. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את לייזר CW הפועלים 1,550 ננומטר עד תהודות להופיע. הרזוננסים ניתן לזהות הלורנצי בצורת מטבלים בספקטרום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את linewidth התהודה (מקסימום חצי רוחב מטבל בצורה הלורנצי). חשב את גורם Q כתדר של המשאבה מחולק linewidth תהודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קטן / להגדיל את הפער בין התחום ואת להתחדד, שינוי הוא רוחב התהודה ועומק להגדלה / הפחתת יעילות הצימוד. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. מאולץ פיזור ראמאן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס מגבר סיב מסומם ארביום (EDFA) בין ליזר CW הפועל 1,550 ננומטר ואת המחליש. EDFA עובד בטווח אורכי הגל של 1,530-1,570 ננומטר. הערה: זה יהיה להגביר את כוח הליזר, והגיע כוח תפוקה מקסימלית של 2 תופעות וו קויות צריכים כוחות קלט גבוהים איור 4 מראה סקיצה של ניסוי ההגדרה.. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר קצה אחד של להתחדד עם כבלי סיבים פעולתו כדי מפצל 3 dBm. חבר אחד הסיבים פלט ספליטר מנתח הספקטרום האופטי והשנייה לגלאי צילום מחובר האוסילוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Tune הלייזר מהגבוה תדרים נמוכים עד תהודה עם סחיפה תרמית דומה למהירות הגל סריקה של הלייזר מצוי. כאשר התרמית עצמית נעילה 20 מושגת רחבה של התהודה ניתן לראות על אוסצילוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הספק המוצא המועבר דרך להתחדדלתוך מנתח ספקטרום אופטי. להגדיל את הכוח עד קו לייזר ראמאן מופיע. הוא detuned מן גל המשאבה בסביבות 13.5 THz. </li></ol>

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

The authors declare that they have no competing financial interests. D.F. is a PhD student at the University of Parma.

מיקרוסכמות הן מתנדים קויים קומפקטיים ויעילים והם מאוד קלים לפברק להתמודד. סיבי Tapered יכולים לשמש צימוד ומחלץ את האור / מן המהוד. בניגוד תהודה עד 95% וגורמים Q של כ -3 x 10 8 ניתן להשיג. המגבלה העיקרית של טכניקות ייצור אלה היא ייצור המוני ואינטגרציה. ניקיון של הסיבים הוא קריטי הוא microspheres ו נרות, וכך גם לחות. שני המכשירים חייבים להיות כל הזמן בסביבה יבשה לחיים מעבדה לטווח ארוך. מאוד נרות דקים הם שבירים; בזהירות רבה יש לנקוט בעת צימוד. לגבי הגורם Q, בגודל microsphere יכול להיות קריטי. בשנת microspheres עם בקטרים ​​הנעים בין 50 ל 500 מיקרומטר, Q של העולה על 10 10 הודגמו בריק 23. ה- Q הפנימי של microsphere נקבע על ידי תרומות מכמה סוגים של פסדים: עקמומיות מהותיתהפסדים (rad Q), ראמאן פיזור ריילי הפסדים פיזור על הומגניות משטח שיורית (האחרונים הם בגודל תלויה, להקטין את קוטר הגבוה ההפסדים 22), הפסדים מהותיים מהותי, והפסדים הציג ידי מזהמים על פני השטח. Q rad -1 נעלם עם הגדלת גודל:. זה מקטין מהר יותר מאשר R -5/2 24 microspheres שלנו נעים בין בקטרים ​​של 25 עד 250 מיקרומטר יש Q מספר גורמי בהירויות מתחת לערך הוואקום האולטימטיבי של גורמים יז ש שהושגו נע בין 5 x 10 6 עד 3 x 10 8. שיטות אחרות בשימוש עבור ייצור של microspheres כרוכות בשימוש CO 2 או בוטאן / N 2 O לפיד. בכל ההליכים, את מתח הפנים ימשוך את סיליקה מותכת לתוך אליפטית. כאן, הבחירה של המכשיר להתכת הסיבים היא רק חסכונית. לייזרי CO 2 הם יקרים, לפידים או splicers נוכח בכל המעבדות באמצעותסיבים. נרות יכולים גם להיות מפוברקים על ידי חומצה הידרופלואורית (HF) שחיקת חיפוי זכוכית הליבה. שיטה זו היא ארוכה מאוד; כ -5 שעות נדרשות עבור דליל סיב 125 מיקרומטר להתחדד 4 מיקרומטר. חסרון נוסף הוא היעדר adiabaticity, HF ישחק כל הזכוכית באותו הקצב. נרות צריכים להראות בהפסדים נמוכים; אחר זה יהיה קשה על תופעה קוית. צימוד יעיל הוא גם מאוד חשוב. הפער בין להתחדד ואת microsphere יקבע את משטר הצימוד. על ידי שינוי ישיר של הפער, ו / או detuning הקל מן התהודה, ההשפעה הקוית ניתן לשפר או או ירד. WGMR יכול לסלול את הדרך לדור אור הלא קלסי עבור יישומי מחשוב קוונטים. אטומים יכולים להיות לכוד ליד השטח שלהם לניסויים האלקטרודינמיקה הקוונטית וסיבים להתחדד יאפשר תחבורה יעילה בסביבות מאתגרות. SRS הסארס יכול לשמש קרינהעבור מדידות ספקטרוסקופיות וגם עבור חישה פעילה כפי שהוכח 25 לאחרונה.

תהודת מצב גלריה לוחשת (WGMR) להראות שתי תכונות ייחודיות, חי פוטון ארוכים נפח במצב קטן המאפשרות הפחתת סף התופעות קויות 1-3. מצבי גלריה לוחשים הם מצבים אופטיים מתוחמים בממשק אוויר דיאלקטרי ידי ההשתקפות פנימית מוחלטת. היקף המצב הקטן בשל כליאת מרחבית הגבוהה ואילו הכליאה הזמנית קשורה Q גורמת איכות של החלל. WGMR יכול להיות גיאומטרי שונה ויש טכניקות ייצור שונות מתאימות לקבלת תהודת Q גבוהה 4-6 חללי מתח פנים כגון תערוכת microspheres סיליקה ליד חספוס בקנה מידה אטומי, המתרגמת בגורמים באיכות גבוהות. שני סוגים של כליאה מקטינים את הסף משמעותי תופעות קויות כתוצאה מהצטברות האנרגיה החזקה בתוך WGMR. זה גם מאפשר גל מתמשך אופטיקה לא לינארית (CW). WGMR ניתן לתאר באמצעות המספרי קוונטי דואר n, l, m ומדינת הקיטוב שלהם, אנלוגיה חזקה עם אטום המימן 7. הסימטריה הכדורית מאפשרת הפרדה רדיאלי תלות זוויתית. הפתרון רדיאלי ניתן על ידי פונקציות Bessel, אלה זוויתי ידי הרמוניות ספריות 8. זכוכית סיליקה היא centrosymmetric, ולכן תופעות מסדר שני הקשורים Χ (2) אינטראקציות אסורות. על פני השטח של microsphere, ההיפוך של סימטריה שבורה Χ (2) תופעות ניתן לצפות 1. עם זאת, תנאים התאמה שלב עבור דור תדירות מסדר שני הם בעייתיים יותר המקבילה בדור תדירות מסדר שלישי, בעיקר בגלל אורכי הגל המעורבים הם די שונים ואת תפקידיו של פיזור יכולים להיות די חשובים. האינטראקציות מהסדר שני חלשות מאוד. סולמות הכח שנוצרו עם Q 3 ואילו לגבי תיrd כדי אינטראקציה המאזניים הכוח שנוצר עם Q 4. 9 מסיבה זו, המוקד של עבודה זו היא הרגישות שאינו ליניארי אופטי מסדר שלישי Χ (3) אינטראקציות כגון מאולצת פיזור ראמאן (SRS) ועורר Antistokes פיזור ראמאן (SARS) , להיות סארס האינטראקציה פחות נחקרה 10,11. צ&#39;אנג 12 ו Campillo 13 חלוץ המחקרים של תופעות לא לינאריות באמצעות טיפות של חומרים בלתי ליניארית כמו WGMR אבל ליזר המשאבה היה פעם במקום CW. Microspheres סיליקה 14,10 ו microtoroids 15 ספקו יותר פלטפורמות יציבות וחזקות לעומת-טיפות מייקרו, צוברים הרבה תשומת הלב בעשורים האחרונים. במיוחד, microspheres סיליקה הוא מאוד קל לפברק להתמודד. SRS הוא תהליך רווח טהור שיכול להיות מושגת בקלות סיליקה WGMR 14,15, מאז לסף זה מספיק. במקרה זה, circulati הגבוההng עוצמת בתוך WGMR מבטיח lasing ראמאן, אבל עבור תנודות פרמטרית אינו מספיק. במקרים אלה, תנודות יעילות דורשות פאזה התאמתה מצב, אנרגיה בחוק שימור מומנטום חפיפת מרחבית טובה של כל מצבי התהודה להתגשם 16-18. זהו המקרה עבור הסארס FWM בכלל.

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

stimulated stokes and antistokes raman scattering in microspherical whispering gallery mode resonators

microspheres דיאלקטרי יכול להגביל אור וקול למשך פרק זמן בין מצבי גלריה לוחש גורם באיכות גבוהה (WGM). microspheres זכוכית ניתן לחשוב כחנות של אנרגיה עם מגוון עצום של יישומים: מקורות ליזר קומפקטי, חיישנים ביוכימיים רגישות גבוהה ותופעות קויות. פרוטוקול עבור הייצור של שני microspheres ומערכת צימוד הוא נתון. המצמדים המתוארים כאן הם סיבים מחודדים. הדור יעיל של תופעות לא לינאריות הקשורים הרגישות שאינו ליניארי אופטי מסדר שלישי Χ (3) אינטראקציות microspheres סיליקה התהודה פי שלוש מוצגת במאמר זה. האינטראקציות כאן המדווחות הן: מאולץ פיזור ראמאן (SRS), וארבעה תהליכי ערבוב גל כוללים מאולץ אנטי סטוקס פיזור ראמאן (SARS). הוכחת התופעה משופרת החלל ניתנת על ידי מחוסר ההתאמה בין המשאבה, האות ו הבטלן: מצב תהודה צריך להתקיים על מנת להשיג את הזוגשל אות ו בטלן. במקרה של תנודות hyperparametric (ערבוב ארבעה גלים מגורה פיזור אנטי סטוקס ראמאן), המצבים חייב למלא את שימור אנרגיה ותנע, ואחרון אחרון חביב, יש חפיפה מרחבית טובה.

גורמי Q של microspheres מפוברקים בעקבות הפרוטוקול שתואר לעיל הם העולה על 10 8 (איור 5) עבור בקטרים ​​גדולים (&gt; 200 מיקרומטר) ואת עולה על 10 6 לקטרים ​​קטנים (&lt;50 מיקרומטר). בניגוד תהודה מעל 95% (קרוב צימוד קריטי) ניתן להבחין בקלות. לקבלת עוצמות במחזור גבוה, תופעות לא לינאריות הבאים באזור אינפרא אדום ניתן לצפות: מגורה פיזור ראמאן (SRS), מדורגת 21 SRS, מגורה פיזור אנטי סטוקס ראמאן (SARS) וארבעה ערבוב גל (FWM) ו הידרדר FWM. הרווח ראמאן מגביר בצורה שווה האור נוסע קדימה לכיוון אחורה, יצירת גלים עומדים על SRS וגלשתי SRS. זוגות FWM נסיעת גלים. דוגמא המדידות ניתן לראות באיורים 6 ו -7. Figurדואר 6 מציג שתי שורות SRS מופרדות 100 ננומטר (1,608 ננומטר 1,708 ננומטר) בקרבת המשאבה תהליך פרמטרית ארבעה פוטונים מדורגים המבוססת על הליניאריות קר אלקטרוני של המדיום, עבור microsphere של כ -50 מיקרומטר של קוטר, ביניקה 1,546.6 ננומטר. במקרה זה FWM הוא הידרדר, שני פוטונים של המשאבה ליצור פוטון האות בטלן. תוצאות דומות התקבלו על ידי שאיבת microsphere של כ 98 מיקרומטר של קוטר ב 1,551 ננומטר (איור 7). הנה, מסרק ראמאן ניתן לראות מרוכז ב 1,666.2 ננומטר, ועל קווים משניים ניתן לראות בקרבת המשאבה עם יעילות נמוכה (הידרדר FWM). כמו כן, את הקו האנטי-סטוקס הוא מרוכז ב 1,451 ננומטר, ושני sidebands הסימטרי מופרד 10 ננומטר. במקרה זה, שדות משאבת סטוקס הם בנויים מספיק, אבל את היעילות של הסארס מתעכבת עקב חוסר התאמת השלב בשל אפנון פאזה צלב (XPM) בין השדות האינטרקטיוויים (משאבה, סטוקס סטוקס אנטי). במקרה של מחיר<html> התאמת שלב fect, הסטרוקס ורכיבים אנטי סטוקס המראה יהיה זה לזה. הסארס מזוהה תמיד בנוכחותו של SRS, ולעולם בהעדר SRS, בהסכם עם התיאוריה של Bloembergen ו Shen 22. עוצמת הסארס מוגברת במיוחד כאשר תדירות הסארס היא מהדהד עם מצב חלל והפאזה מתאים עם המשאבה ואת אות SRS. איור 8 הן דוגמא. זה מראה קו SRS הסארס מופרד 90 ננומטר (1,629 ננומטר 1,459 ננומטר, בהתאמה) וקווי SRS אחרים המרוכז ב 1,613.8 ננומטר, 1,645.6 ננומטר, 1,710 ננומטר, 1,727.6 ננומטר 1,745.8 ננומטר. איור 9 מציג מקרה של התאמת שלב מושלמת עבור microsphere בקוטר 65 מיקרומטר ביניקה ננומטר 1572. השורה סטוקס הוא מרוכז ב ננומטר 1640 ו- Antistokes הוא מרוכז ב 1490 ננומטר (הפרדה בתדירות של כ 347 ס&quot;מ -1). les / ftp_upload / 53,938 / 53938fig1.jpg &quot;/&gt; איור 1. ממדים Microsphere. גודל של microspheres המיוצר על קצה סיב 125 מיקרומטר הטלקום סטנדרטי, כפונקציה של יריות קשת בתוך splicer איחוי סיבים. נתון זה יש הבדל בין [18]. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig2.jpg" /> איור 2. ציור להתחדד סיבים. ניסוי הגדרה עבור ציור סיב מחודד. הסיבים מוחזקים על ידי שני מלחציים סיבים, אשר ממוקמים על בלוק זז, על גבי שתי מסילות. המבנה הוא נייד. על הבלוק מחובר בורג שמושך הסיב בנפרד. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של זה</a>דמות. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig3.jpg" /> איור 3. סיבים להתחדד. (א) מיקרוסקופ אופטי של מותן להתחדד. הצבע הירוק הוא בשל השפעות התערבות, והומוגניות מעיד ההומוגניות בעובי לאורך הקטע המחודד. (ב) להתחדד דבוק תמיכת זכוכית בצורת U. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig4.jpg" /> איור 4. ניסיונותיי הגדרה: האות מ דיודת ליזר מתכונן (TDL) מוגבר על ידי EDFA, ואחרי שסייר מחליש ו מקטב, הוא פצח WGMR באמצעות סיב מחודד. אות הפלט מפוצלת ושלחה לתוךמנתח ספקטרום אופטי (OSA) וכדי פוטודיודה לפקח על האות לתוך אוסצילוסקופ. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig5.jpg" /> איור 5. רזוננסים. WGM התהודה של כדור סיליקה בקוטר של 250 מיקרומטר מצמידים את סיב קוני 4 מיקרומטר המותניים. קו אדום הוא בכושר הטוב ביותר באמצעות פונקציה לורנץ. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig6.jpg" /> איור 6. ספקטרום קוי של microspheres הקטן. ספקטרום הניסיון של FWM וגלש ראמאןשורות microsphere של 50 מיקרומטר קוטר. המשאבה היא הפסגה 1,546.6 ננומטר, מדורג פסגות FWM הן הקווים הסימטריים המופיעים קרוב המשאבה (הפרדת 13 ננומטר), ואילו קווי ראמאן מדורגות מופרדות בסביבות 13.5 THz (או כ -100 ננומטר) מהמשאבה ו מעצמם (1,608 השורה הראשונה ננומטר, 1,708 קו שני ננומטר). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig6large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig7.jpg" /> איור 7. ספקטרום הקוי של microspheres Q ultrahigh. ספקטרום הניסיון של סארס, FWM בקרבת המשאבה המסרקת SRS בתוך microsphere של 98 מיקרומטר קוטר. המשאבה היא השיא מרוכז ב 1,551 ננומטר, הידרדר FWM נתפסת קרוב לשאוב. שורת SRS מופרדת 100 ננומטר היא מרוכזת ב 1,646 ננומטר ואת הסארס המקביל הוא גנכנס ב 1,451.5 ננומטר. שתי השורות סימטרי בקרבת קו הסארס הם הידרדר FWM. מסרק ראמאן הוא מרוכז ב 1,666.2 ננומטר. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/53938/53938fig8.jpg" /> חלל איור 8. משופרת סארס ספקטרום. ספקטרום הניסיון של סארס בתוך microsphere של 40 מיקרומטר קוטר. המשאבה מרוכזת ב 1,539.4 ננומטר, קו SRS הוא מרוכז ב 1,629.6 ננומטר ואת הסארס המקביל מרוכז ב 1,459 ננומטר. קווי SRS האחרים מרוכזים ב 1,613.8 ננומטר, 1,645.6 ננומטר, 1,710 ננומטר, 1,727.6 ננומטר 1,745.8 ננומטר. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <imgalt = &quot;איור 9&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 53,938 / 53938fig9.jpg&quot; /&gt; איור 9. Perfect שלב מותאם SRS-סארס. ספקטרום הניסיון של סארס SRS המושלם בשלב מתאים עם קרוב יחס עוצמת סארס-SRS ל -1 קוטר microsphere הוא 65 מיקרומטר. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53938/53938fig9large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators at JoVE.com

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

המאולץ סטוקס Antistokes פיזור ראמאן ב Microspherical Whispering גלרית מצב מההודים

הדור יעיל של תופעות לא לינאריות הקשורים הרגישות שאינו ליניארי אופטי מסדר שלישי Χ (3) אינטראקציות microspheres סיליקה התהודה פי שלוש מוצגת במאמר זה. האינטראקציות כאן המדווחות הן: מאולץ פיזור ראמאן (SRS), וארבעה תהליכי ערבוב גל כוללים מאולץ אנטי סטוקס פיזור ראמאן (SARS).

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

stimulated-stokes-antistokes-raman-scattering-microspherical

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

11.2K Views.  Enrico Fermi Center.  הדור יעיל של תופעות לא לינאריות הקשורים הרגישות שאינו ליניארי אופטי מסדר שלישי Χ (3) אינטראקציות microspheres סיליקה התהודה פי שלוש מוצגת במאמר זה. האינטראקציות כאן המדווחות הן: מאולץ פיזור ראמאן (SRS), וארבעה תהליכי ערבוב גל כוללים מאולץ אנט?...

Video: Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Rejection of Fluorescence Background in Resonance and Spontaneous Raman Microspectroscopy

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ultrafast pulses, a system that can temporally separate spectrally overlapping signals on a picosecond timescale can isolate promptly arriving Raman scattered light from late-arriving fluorescence light. Here we discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical system that uses all-optical switching in the form of a low-power optical Kerr gate to isolate Raman and fluorescence signals. A single 808 nm laser with 2.4 W of average power and 80 MHz repetition rate is split, with approximately 200 mW of 808 nm light being converted to &lt; 5 mW of 404 nm light sent to the sample to excite Raman scattering. The remaining unconverted 808 nm light is then sent to a nonlinear medium where it acts as the pump for the all-optical shutter. The shutter opens and closes in 800 fs with a peak efficiency of approximately 5%. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence signals at an 80 MHz repetition rate using pulse energies and average powers that remain biologically safe. Because the system has no spare capacity in terms of optical power, we detail several design and alignment considerations that aid in maximizing the throughput of the system. We also discuss our protocol for obtaining the spatial and temporal overlap of the signal and pump beams within the Kerr medium, as well as a detailed protocol for spectral acquisition. Finally, we report a few representative results of Raman spectra obtained in the presence of strong fluorescence using our time-gating system.

We discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical
system that uses ultrafast all-optical switching to isolate Raman from fluorescence
signals. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence
signals utilizing pulse energies and average powers that remain biologically safe.

דחיית רקע הקרינה תהודה ו microspectroscopy ראמאן ספונטנית

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ...

Bioengineering

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

פיתוח של חיישני Whispering גלרית Mode פולימריים מייקר אופטי שדה חשמליים

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

מיקרוגל Photonics מערכות המבוססות על מהודי לחישות-גלריה של מצב

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

תהודה ראמאן ספקטרוסקופיה של Nanowires אקסטרים מערכות 1D אחרים

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. SRS imaging modality can be obtained using commercial laser-scanning microscopes by equipping with a non-descanned forward detector with proper bandpass filters and lock-in amplifier (LIA) detection scheme. A schematic layout of a typical SRS microscope includes the following: two pulsed laser beams, (i.e., the pump and probe directed in a scanning microscope), which must be overlapped in both space and time at the image plane, then focused by a microscope objective into the sample through two scanning mirrors (SMs), which raster the focal spot across an x-y plane. After interaction with the sample, transmitted output pulses are collected by an upper objective and measured by a forward detection system inserted in an inverted microscope. Pump pulses are removed by a stack of optical filters, whereas the probe pulses that are the result of the SRS process occurring in the focal volume of the specimen are measured by a photodiode (PD). The readout of the PD is demodulated by the LIA to extract the modulation depth. A two-dimensional (2D) image is obtained by synchronizing the forward detection unit with the microscope scanning unit. In this paper, the implementation of an SRS microscope is described and successfully demonstrated, as well as the reporting of label-free images of polystyrene beads with diameters of 3 &#181;m. It is worth noting that SRS microscopes are not commercially available, so in order to take advantage of these characteristics, the homemade construction is the only option. Since SRS microscopy is becoming popular in many fields, it is believed that this careful description of the SRS microscope implementation can be very useful for the scientific community.

In this manuscript, the implementation of a stimulated Raman scattering (SRS) microscope, obtained by the integration of an SRS experimental set-up with a laser scanning microscope, is described. The SRS microscope is based on two femtosecond (fs) laser sources, a Ti-Sapphire (Ti:Sa) and synchronized optical parametric oscillator (OPO).

יישום של מיקרוסקופ לא לינארית על בסיס פיזור ראמאן מגורה

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

Ultrafast Time-resolved Near-IR Stimulated Raman Measurements of Functional &#960;-conjugate Systems

Femtosecond time-resolved stimulated Raman spectroscopy is a promising method of observing the structural dynamics of short-lived transients with near infrared (near-IR) transitions, because it can overcome the low sensitivity of spontaneous Raman spectrometers in the near-IR region. Here, we describe technical details of a femtosecond time-resolved near-IR multiplex stimulated Raman spectrometer that we have recently developed. A description of signal generation and optimization, measurement, data acquisition, and calibration and correction of recorded data is provided as well. We present an application of our spectrometer to analyze the excited-state dynamics of &#946;-carotene in toluene solution. A C=C stretch band of &#946;-carotene in the second lowest excited singlet (S2) state and the lowest excited singlet (S1) state is clearly observed in the recorded time-resolved stimulated Raman spectra. The femtosecond time-resolved near-IR stimulated Raman spectrometer is applicable to the structural dynamics of &#960;-conjugate systems from simple molecules to complex materials.

Details of signal generation and optimization, measurement, data acquisition, and data handling for a femtosecond time-resolved near-IR stimulated Raman spectrometer are described. A near infrared stimulated Raman study on the excited-state dynamics of &#946;-carotene in toluene is shown as a representative application.

Ultrafast זמן-נפתר ליד IR גירוי מדידות ראמאן של פונקציונלי π-המשלים מערכות

Femtosecond time-resolved stimulated Raman spectroscopy is a promising method of observing the structural dynamics of short-lived transients with near ...

Chemistry

Multiplex Chemical Imaging Based on Broadband Stimulated Raman Scattering Microscopy

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy is a nonlinear optical technique for label-free chemical imaging. This analytical tool delivers chemical maps at high speed, and high spatial resolution of thin samples by directly interrogating their molecular vibrations. In its standard implementation, SRS microscopy is narrowband and forms images with only a single vibrational frequency at a time. However, this approach not only hinders the chemical specificity of SRS but also neglects the wealth of information encoded within vibrational spectra. 
These limitations can be overcome by broadband SRS, an implementation capable of extracting a vibrational spectrum per pixel of the image in parallel. This delivers hyperspectral data that, when coupled with chemometric analysis, maximizes the amount of information retrieved from the specimen. Thus, broadband SRS improves the chemical specificity of the system, allowing the quantitative determination of the concentration of the different constituents of a sample. Here, we report a protocol for chemical imaging with broadband SRS microscopy, based on a home-built SRS microscope operating with a custom differential multichannel-lock-in amplifier detection. It discusses the sample preparation, alignment of the SRS apparatus, and chemometric analysis. By acquiring vibrational Raman spectra, the protocol illustrates how to identify different chemical species within a mixture, determining their relative concentrations.

We present a protocol to acquire chemical images with broadband stimulated Raman scattering (SRS) microscopy. Based on an SRS microscope that operates with differential multichannel-lock-in detection, the protocol describes the sample preparation, adjustment of the SRS apparatus, and chemometrics to disentangle different constituents of chemically heterogeneous samples.

הדמיה כימית מולטיפלקס מבוססת על מיקרוסקופיית פיזור ראמאן מגורה בפס רחב

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy is a nonlinear optical technique for label-free chemical imaging. This analytical tool delivers chemical maps ...