Name: stimulated stokes and antistokes raman scattering in microspherical whispering gallery mode resonators
Uploaded: 2016-04-04T14:00:00
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Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi
Ente Cassa di Risparmio di Firenze (No. 2014.0770A2202.8861)

1. Fabrication de ultrahaute Facteur de microsphères qualité <ol><li> Strip environ 1-2 cm d&#39;un seul mode (SMF) fibre de silice norme hors de son revêtement acrylique à l&#39;aide d&#39;un décapant optique. </li><li> Nettoyer la partie dénudée avec de l&#39;acétone et de cliver. </li><li> Introduire la pointe clivé dans un bras d&#39;une colleuse de fusion et de produire une série de décharges électriques à arc à l&#39;aide du contrôleur de colleuse. Sélectionnez &quot;mode manuel&quot; dans le men...

<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>

Les microsphères sont des oscillateurs non linéaires compacts et efficaces et ils sont très faciles à fabriquer et à manipuler. les fibres effilées peuvent être utilisés pour le couplage et extraction de la lumière dans le / du résonateur. Résonance contraste allant jusqu&#39;à 95% et les facteurs Q d&#39;environ 3 x 10 8 peuvent être obtenus. La principale limitation de ces techniques de fabrication est la production et l&#39;intégration de masse. Propreté des fibr...

Whispering résonateurs en mode galerie (WGMR) montrent deux propriétés uniques, une longue durée de vie des photons et un petit volume de mode qui permettent la réduction du seuil des phénomènes non linéaires 1-3. Whispering modes de galerie sont des modes optiques qui sont confinés à l&#39;interface de l&#39;air diélectrique par réflexion interne totale. Le petit volume de mode est due au confinement spatiale élevée alors que le confinement temporel est lié au facteur de qualité Q de la cavité. WGMR peut avoir des géométries différentes et il existe différentes techniques de fabrication appropriées pour obtenir résonateurs haute Q 4-6 cavités de tension de surface telles que les microsphères de silice présentent près atomique rugosité de l&#39; échelle, ce qui se traduit par des facteurs de qualité. Les deux types de confinement réduisent considérablement le seuil pour les effets non linéaires en raison de l&#39;accumulation d&#39;énergie forte à l&#39;intérieur du WGMR. Elle permet également continues vague (CW) optique non linéaire. WGMR peut être décrit en utilisant ee nombres quantiques n, l, m et leur état ​​de polarisation, une forte analogie avec l&#39;atome d&#39;hydrogène 7. La symétrie sphérique permet la séparation dans le sens radial et les dépendances angulaires. La solution radiale est donnée par les fonctions de Bessel, les angulaires par les harmoniques sphériques 8. Verre de silice est centrosymétrique et, par conséquent, deuxième phénomènes d&#39;ordre liés à Χ (2) les interactions sont interdits. A la surface de la microsphère, l&#39;inversion de la symétrie est rompue et Χ (2) , on peut observer des phénomènes 1. Cependant, les conditions d&#39;adaptation de phase pour second ordre génération de fréquence sont plus problématiques que l&#39;équivalent en troisième génération de fréquences de l&#39;ordre, en particulier parce que les longueurs d&#39;onde en jeu sont très différents et le rôle de la dispersion peut être assez importante. Les deuxièmes interactions d&#39;ordre sont extrêmement faibles. Les échelles de puissance générées avec Q 3 , tandis que pour un third pour l&#39; interaction des échelles de puissance générées avec Q 4. 9 Pour cette raison, l&#39;objectif de ce travail est le troisième ordre optique susceptibilité non linéaire Χ (3) interactions tels que diffusion Raman stimulée (SRS) et Stimulé antistokes Raman Scattering (SRAS) , étant le SRAS interaction moins explorée 10,11. Chang 12 et Campillo 13 pionnier des études de phénomènes non linéaires utilisant des gouttelettes de matériaux fortement non linéaires comme WGMR mais le laser de pompe a été puisée au lieu de CW. Microsphères de silice 14,10 et microtoroids 15 fourni des plates - formes plus stables et robustes par rapport aux micro-gouttelettes, gagnant beaucoup d&#39;attention au cours des dernières décennies. En particulier, les microsphères de silice sont très faciles à fabriquer et à manipuler. SRS est un processus de gain pur qui peut être facilement atteint en silice WGMR 14,15, après avoir atteint un seuil suffisant. Dans ce cas, la haute circulatiintensité à l&#39;intérieur du WGMR ng garantit Raman lasing, mais pour des oscillations paramétriques ne suffit pas. Dans ces cas, les oscillations efficaces nécessitent phase et adaptation de mode, l&#39; énergie et la loi de conservation de l&#39; impulsion et un bon chevauchement spatial de tous les modes de résonance à remplir 16-18. Tel est le cas pour le SRAS et FWM en général.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="668">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical Fiber</td>
			<td style="width:93px;">Corning</td>
			<td style="width:119px;">SMF28</td>
			<td style="width:240px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fiber coating stripper</td>
			<td style="width:93px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">T06S13</td>
			<td>Available from other vendors as well</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fiber cleaver</td>
			<td style="width:93px;">Fitel</td>
			<td style="width:119px;">S325A</td>
			<td>Available from other vendors as well</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fusion splicer</td>
			<td style="width:93px;">Furakawa</td>
			<td style="width:119px;">S177A-1R</td>
			<td>Available from other vendors as well</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Butane and Oxygen Gas</td>
			<td style="width:93px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>any vendor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microscope tube</td>
			<td style="width:93px;">Navitar</td>
			<td style="width:119px;">Zoom 6000</td>
			<td>Modular Kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CCD camera</td>
			<td style="width:93px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>any will fit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Monitor</td>
			<td style="width:93px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>any monitor is valid</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">3-Axis Stage</td>
			<td style="width:93px;">PI Instruments, Thorlabs, Melles</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Assorted posts and mounts</td>
			<td style="width:93px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Available from other vendors as well</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polarization control</td>
			<td style="width:93px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">FPC030</td>
			<td>Available from other vendors as well</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Attenuator</td>
			<td style="width:93px;">Throlabs</td>
			<td style="width:119px;">VOA50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Photodiode</td>
			<td style="width:93px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">PDA400</td>
			<td>discontinued, replaced by PDA10CS-EC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oscilloscope</td>
			<td style="width:93px;">Tektronix</td>
			<td style="width:119px;">DPO7104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical spectrum analyzer</td>
			<td style="width:93px;">Ando</td>
			<td>AQ6317B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Erbium Doped Fiber Amplifier</td>
			<td style="width:93px;">IPG Photonics</td>
			<td style="width:119px;">EAD-2K-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tunable Laser</td>
			<td style="width:93px;">Yenista</td>
			<td style="width:119px;">TUNICS</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

microsphères diélectriques peuvent confiner la lumière et du son pour une longueur de temps par facteur modes de galerie de haute qualité (WGM). microsphères de verre peuvent être considérés comme un magasin d&#39;énergie avec une grande variété d&#39;applications: sources laser compact, des capteurs biochimiques très sensibles et les phénomènes non linéaires. Un protocole pour la fabrication à la fois des microsphères et le système de couplage est donné. Les coupleurs décrits ici sont des fibres coniques. Production efficace des phénomènes non linéaires liés à la troisième ordre optique susceptibilité non linéaire Χ (3) les interactions dans les microsphères de silice triple résonance est présenté dans le présent document. Les interactions ici rapportés sont: diffusion Raman stimulée (SRS), et quatre processus d&#39;onde de mélange comprenant Stimulé Anti-stokes Raman Scattering (SRAS). Une preuve du phénomène de la cavité renforcée est donnée par l&#39;absence de corrélation entre la pompe, signal et oisif: un mode de résonance doit exister afin d&#39;obtenir la pairedu signal et oisif. Dans le cas d&#39;oscillations hyperparametric (mélange à quatre ondes et stimulé anti-stokes diffusion Raman), les modes doivent remplir la conservation de l&#39;énergie et de l&#39;élan et, last but not least, un bon chevauchement spatial.

Les facteurs Q des microsphères fabriquées suivant le protocole décrit ci - dessus est supérieure à 10 8 (figure 5) pour les grands diamètres (&gt; 200 um) et plus de 10 6 pour les petits diamètres (&lt;50 pm). Resonance contraste supérieur à 95% (près de couplage critique) peut être facilement observée. Pour des intensités de circulation élevées, les effets non linéaires suivants dans la région infrarouge peuvent être observées: ...

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

Stimulé Stokes et antistokes Raman Scattering dans microsphériques Galerie Whispering mode Resonators

Production efficace des phénomènes non linéaires liés à la troisième ordre optique susceptibilité non linéaire Χ (3) les interactions dans les microsphères de silice triple résonance est présenté dans le présent document. Les interactions ici rapportés sont: diffusion Raman stimulée (SRS), et quatre processus d&#39;onde de mélange comprenant Stimulé Anti-stokes Raman Scattering (SRAS).

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

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