Name: stimulated stokes and antistokes raman scattering in microspherical whispering gallery mode resonators
Uploaded: 2016-04-04T14:00:00
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-...

<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>

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 ה...

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 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

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 עוצמ?...

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 ...

The overall goal of this procedure is to generate new optical frequencies using silica microspherical whispering-gallery-mode resonators for optical and photonics applications ranging from compact laser sources to biochemical sensing. In whispering gallery-mode microresonators light can be guided with a unique combination of strong spatial confinement and long cavity lifetime. Low losses ensure high quality factors.Such resonators are ideally suited for nonlinear optical interactions. In particular, silica microspheres show a great potential as frequency generators for continuous wave compact, narrow-line width and tunable sources. The interest of using fusion techniques for fabrication of the electric microsphere is based on low scattering losses can be achieved and in consequence very high quality factors.We used homemade taper fiber to couple light into the microspheres. The high coupling efficiency and the high cavity buildup factor can trigger nonlinear Kerr effects with low continuous wave pump power. Demonstrating the taper procedure will be Franco Cosi, a technician from our laboratory.To create a microsphere, first get a length of fiber to work with. Gather the equipment needed to create a microsphere using single-mode silica fiber. This includes the fiber, acetone, an optical coating stripper, and a fiber cleaver.In addition, have ready a fusion splicer. Use the stripper to remove about 1-2 centimeters of the acrylic coating from the end of the fiber. Follow this by cleaning the stripped portion with a clean wipe and acetone.Place the end of the fiber into the fiber cleaver and cleave to isolate the stripped portion. Collect the cleaved fiber from the cleaver. Move the fiber tip to the fusion splicer.There, position the fiber and hold it in place according to the manufacturer's guidelines. Close the cover, check that the arc power and the arc duration are correct, then start the arc. Monitor progress on the display.As the arc melts the glass, the fiber shape will begin to form a sphere due to surface tension. When the sphere begins to take shape, stop the arc and open the cover. Access the fiber in the holder, rotate it by 90 degrees to preserve the spherical shape, then secure the fiber in place again.Close the cover and restart the arc. Performing at least three such 90 degree rotations over five to 10 minutes will produce a microsphere of about 160 micrometers. When removing the microsphere and its fiber stem, be prepared to store it or use it within a day.This t-shaped holder is translation stage-mountable for use with light-coupling experiments. It has a channel down its middle for the microsphere's fiber stem. Place the residual stem end of the microsphere in the channel so the microsphere is unobstructed above the holder.Afix the stem with clear tape. Now, begin to create a tapered fiber to couple light into the microsphere. This will require a device that can slowly pull the fiber ends apart.Start with a length of single-mode silica fiber and identify its midpoint. Use the optical coating stripper to remove about 3-4 centimeters of the coating around this point. Once this is done, slip an alumina cylinder over the stripped portion of the fiber to serve as an oven.Next, use a bare fiber terminator to connect one end of the fiber to a laser capable of operating at 635 nanometers. Connect the other end of the fiber to a power meter. Once the fiber is in place, arrange for an oxygen-butane flame to heat the alumina cylinder to a temperature close to the silica melting point of about 2, 100 degrees Celsius.Start the fiber puller so that it slowly moves the two ends away from one another. With the 635 nanometer laser on, monitor the power transmitted through the fiber with the power meter. Changing values reflect the ongoing tapering.At this point, stop pulling the fiber and stop the flame. Occasionally remove the fiber from the power meter input to project the fiber output onto a beam card to check that a homogeneous circular spot is preserved during the tapering process. Work with fiber after it has been freed from all equipment including the cylinder.Position a glass microscope slide cut to form a U'near the fiber's taper. Next, put the fiber on the slide with taper centered on the U'Keep the fiber taut and apply glue where the fiber and slide overlap to hold the fiber in place. At this point, prepare to couple light into the microsphere with the tapered fiber.To do this, use separate translation stages for the microsphere and the tapered fiber. On a stage with piezoelectric actuators, mount the T-shaped holder with the microsphere so that the microsphere points up. On the other translation stage, mount the glass slide with the fiber oriented perpendicular to the microsphere fiber stem.Use a terminated fiber cable to connect one end of the tapered fiber to a tunable diode laser. Connect the other end to an indium-gallium-arsenide photodiode detector. Now, situate both of the translation stages beneath the microscope tube that will be used for observation of the gap between the microsphere and the taper.The two should be placed so the fiber taper and microsphere are within the travel distance of the translation stages. In addition, place a mirror at 45 degrees with respect to the microscope tube to monitor the vertical position of the taper. Position the microsphere using its translation stage and feedback from the microscope tube.The goal is to have the equator of the microsphere in contact with the taper. Once this is done, turn on the continuous wave laser and monitor the transmission spectrum on an oscilloscope. Tune the laser until Lorentzian-shaped dips due to resonances appear in the spectrum.Measure the resonance line widths and calculate the quality factor. Continue the experiment by exploring coupling efficiency as a function of the gap between the taper and the sphere. Fiber coupling is crucial in order to find good resonance to trigger nonlinear effects.A good resonance is narrow, it is high contrast at low power. Prepare the set-up to realize stimulated Raman scattering. Light from a tunable diode laser operating at 15, 015 nanometers enters the tapered fiber.After the laser, there is an erbium doped fiber amplifier to boost the laser power to achieve nonlinear effect. Next, there is an attenuator and then, an inline fiber polarizer. The light then goes through the taper, which is coupled to a microsphere.After passing the microsphere, there is a 3-decibel-milliwatt splitter. One output of the splitter goes to an optical spectrum analyzer. The other goes to a photodetector connected to an oscilloscope.Tune the laser from high to low frequencies to achieve thermal self-locking. On the oscilloscope, observe a resonance with the thermal drift comparable to the wavelength scan speed. The resonance will broaden when thermal self-locking is achieved.Check the output power transmitted into the optical spectrum analyzer. Manipulate the attenuator to increase the power until the Raman laser line appears. The Raman laser line is detuned from the pump wavelength at about 13.5 terahertz.This is a measurement from 50-micrometer diameter microsphere pumped at about 1, 547 nanometers. On either side of the pump wavelength, there are two four-wave mixing lines about 13 nanometers away. Two stimulated Raman scattering lines are at about 1, 610 and 1, 710 nanometers.Measurements of a 98-nanometer sphere produced similar results. In this case, the pump peak is at 1, 551 nanometers. The stimulated Raman scattering line is centered at 1, 646 nanometers.The stimulated antistokes Raman scattering line is centered at about 1, 452 nanometers. The symmetric lines near the stimulated antistokes line are from degenerated four-wave mixing. A Raman cone is centered at 1, 666 nanometers.This spectrum from a microsphere of 40-micrometer diameter provides evidence of stimulated antistokes enhancement when its frequency is resonant with the cavity mode and phased-matched with the pump and stimulated stokes signal. The pump frequency is 1, 540 nanometers, the stokes line is at 1, 630 nanometers, and the antistokes line is at 1, 460 nanometers. This spectrum from a 65-micrometer microsphere has a stimulated antistokes to stimulated stokes scattering ratio close to one.The pump frequency is centered at 1, 572 nanometers, the stokes line at 1, 640 nanometers, the antistokes line at 1, 490 nanometers. After watching this video, you should have a good understanding of how to fabricate high-Q silica microsphere, how to draw a fiber taper, and how to efficiently couple light into microresonator to study fundamental light-matter interactions. The electrical microspheres are photonic platforms that play an extremely important role in modern optics.They can be exploited for CW nonlinear frequency conversion due to their capability to confine light for long time periods in very small volumes. The microresonator technologies that have been demonstrated may also be effectively exploited for biosensing. Our group is achieving excellent results in this area.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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

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 ...

Coherent anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution

Coherent anti-Stokes Raman Scattering CARS Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution

פיזור ראמאן (CARS) טבליות קוהרנטית אנטי סטוקס מדמיין מיקרוסקופית תרופות במהלך פירוק

Traditional pharmaceutical dissolution tests determine the amount of drug dissolved over time by measuring drug content in the dissolution medium. This ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

המצאה של מהודי טבעת פיצול Nanopillar מבוסס על התזוזה נוכחית מתווכת רזוננסים ב Metamaterials Terahertz

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

סריקה אור מפזר Profiler (SLPS) מתודולוגיה מבוססת כדי להעריך כמותית קדימה ואחורה אור פיזור מ עדשות עדשות

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for 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 ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Scattering And Absorption of Light in Planetary Regoliths

פיזור וקליטת האור בריגולסים פלנטרית

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

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. ...