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. Fabricação de Ultra Fator de Microesferas de qualidade <ol><li> Tira cerca de 1-2 cm de um modo único (SMF) de fibra de sílica padrão fora de seu revestimento acrílico usando uma stripper de óptica. </li><li> Limpe a parte descascada com acetona e pegará-lo. </li><li> Introduzir a ponta clivada em um braço de um splicer de fusão e produzir uma série de descargas de arco elétrico, utilizando o controlador splicer. Selecione &quot;operação manual&quot; no menu controlador splicer, defina os valores para...

<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>

As microesferas são osciladores lineares compacta e eficiente e que são muito fáceis de fabricar e manusear. fibras afilado pode ser utilizado para o acoplamento e extrair a luz no / a partir do ressonador. Ressonância contraste de até 95% e factores Q de cerca de 3 x 10 8 pode ser obtido. A principal limitação destas técnicas de fabricação é a produção e integração de massa. Limpeza das fibras é crítica para ambas as microesferas e cones, e por isso é de humidad...

Sussurrando ressonadores Gallery Mode (WGMR) mostram duas propriedades únicas, uma vida inteira de fótons de comprimento e volume de modo pequeno que permitem a redução do limiar de fenômenos não lineares 1-3. Whispering modos galeria são modos ópticos que são confinadas na interface ar dieléctrico por reflexão total interna. O volume pequeno modo é devido à alta confinamento espacial enquanto que o confinamento temporal é relacionado com o factor de qualidade Q de cavidade. WGMR pode ter diferentes geometrias e há técnicas de fabricação diferentes adequados para a obtenção de ressonadores High Q 4-6 cavidades tensão de superfície, tais como microesferas de sílica exposição perto de rugosidade escala atômica, o que se traduz em fatores de alta qualidade. Ambos os tipos de confinamento reduzir significativamente o limiar para os efeitos não lineares, devido à forte acumulação de energia no interior do WGMR. Ele também permite contínuas onda (CW) não lineares óptica. WGMR pode ser descrito usando the números quânticos n, L, M e o seu estado de polarização, num forte analogia com o átomo de hidrogénio 7. A simetria esférica permite a separação em radial e dependências angulares. A solução radial é dada por funções de Bessel, os angulares pelos harmônicos esféricos 8. Vidro de sílica é centrossimétrico e, portanto, segundo fenômenos de ordem relacionadas com Χ (2) interações são proibidos. Na superfície da microesfera, a inversão de simetria é quebrada e Χ (2) os fenómenos pode ser observada uma. No entanto, as condições de casamento de fase para a geração de frequência de segunda ordem são mais problemáticas do que o equivalente em geração de terceira frequência ordem, especialmente porque os comprimentos de onda envolvidas são bastante diferentes e o papel de dispersão pode ser muito importante. O segundo interações de ordem são extremamente fracos. As escalas de energia gerados com Q 3 enquanto que para um thifim rd interação das escalas de energia gerados com Q 4. 9 Por essa razão, o foco deste trabalho é de terceira ordem óptica susceptibilidade não-linear Χ (3) interações tais como Stimulated Raman Scattering (SRS) e estimulou Antistokes Raman Scattering (SARS) , sendo SARS a interação menos exploradas 10,11. Chang 12 e Campillo 13 foi pioneiro nos estudos de fenômenos não lineares usando gotículas de materiais altamente não-lineares como WGMR mas o laser da bomba foi pulsado em vez de CW. Microesferas de sílica 14,10 e microtoroids 15 instaladas plataformas mais estáveis ​​e robustos em comparação com os micro-gotas, ganhando muita atenção nas últimas décadas. Particularmente, microesferas de sílica são muito fáceis de fabricar e manusear. SRS é um processo de ganho puro que pode ser facilmente alcançada em sílica WGMR 14,15, desde que atingiu um limiar é suficiente. Neste caso, o elevado circulating intensidade dentro do WGMR garante Raman de laser, mas para oscilações paramétricos não é suficiente. Nestes casos, as oscilações eficientes requerem fase e correspondência modo, a energia ea lei de conservação de impulso e uma boa sobreposição espacial de todos os modos de ressonância a ser cumprida 16-18. Este é o caso de SARS e FWM em geral.

<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

microesferas dielétricos pode confinar luz e som para um período de tempo através do fator sussurrando modos galeria de alta qualidade (WGM). microesferas de vidro pode ser pensado como uma reserva de energia com uma enorme variedade de aplicações: fontes de laser compacta, sensores bioquímicos muito sensíveis e fenômenos não lineares. Um protocolo para o fabrico de ambos os micro-esferas e sistema de acoplamento é dada. Os acopladores aqui descritas são fibras afuniladas. Geração eficiente de fenômenos não lineares relacionadas com a terceira ordem susceptibilidade não-linear óptico Χ (3) interações em microesferas de sílica triplamente ressonantes é apresentada neste artigo. As interações aqui relatados são: Stimulated Raman Scattering (SRS), e quatro processos onda mistura compreendendo Stimulated Anti-Stokes Raman Scattering (SARS). Uma prova do fenómeno-cavidade reforçada é dada pela falta de correlação entre a bomba, sinal e complementar: um modo de ressonância tem de existir, a fim de obter o parde sinal e complementar. No caso de oscilações hyperparametric (mistura de quatro ondas e estimulou anti-Stokes espalhamento Raman), os modos deve cumprir a conservação de energia e impulso e, por último mas não menos importante, ter uma boa sobreposição espacial.

Os factores Q das microesferas fabricadas seguindo o protocolo descrito acima estão em excesso de 10 8 (Figura 5) para grandes diâmetros (&gt; 200 um) e um excesso de 10 6 para diâmetros pequenos (&lt;50 um). contraste de ressonância acima de 95% (perto de acoplamento crítico) pode ser facilmente observado. Para altas intensidades circulantes, podem ser observados os seguintes efeitos não lineares na região do infravermelho: estimulada espalh...

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

Estimulada Stokes e Antistokes Raman Scattering em microparticulas Whispering Gallery Modo Resonators

Geração eficiente de fenômenos não lineares relacionadas com a terceira ordem susceptibilidade não-linear óptico Χ (3) interações em microesferas de sílica triplamente ressonantes é apresentada neste artigo. As interações aqui relatados são: Stimulated Raman Scattering (SRS), e quatro processos onda mistura compreendendo Stimulated Anti-Stokes Raman Scattering (SARS).

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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