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. La fabricación de ultra alta Factor de microesferas de calidad <ol><li> Franja de unos 1-2 cm de una fibra estándar monomodo (SMF) de sílice fuera de su recubrimiento acrílico usando un separador óptico. </li><li> Limpiar la parte pelada con acetona y se unirá él. </li><li> Introducir la punta escindido en un brazo de un empalmador de fusión y producir una serie de descargas de arco eléctrico utilizando el controlador de empalme. Seleccionar &quot;modo manual&quot; en el menú del controlador de empalme, e...

<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>

Las microesferas son osciladores no lineales compactos y eficientes y que son muy fáciles de fabricar y manejar. fibras cónicos se pueden utilizar para el acoplamiento y la extracción de la luz en / desde el resonador. Contraste de resonancia de hasta 95% y factores Q de alrededor de 3 x 10 8 pueden ser obtenidos. La principal limitación de estas técnicas de fabricación es la producción y la integración de masas. Limpieza de las fibras es crítica tanto para microesferas y...

Susurrando resonadores modo de galería (WGMR) muestran dos propiedades únicas de toda la vida, un fotón de longitud y de pequeño volumen modo que permitan la reducción del umbral de los fenómenos no lineales 1-3. Susurrando galería modos son modos ópticos que están limitados en la interfase aire dieléctrica por la reflexión interna total. El volumen pequeño modo es debido a la alta confinamiento espacial mientras que el confinamiento temporal está relacionado con el factor de calidad Q de la cavidad. WGMR puede tener diferentes geometrías y hay diferentes técnicas de fabricación adecuadas para la obtención de altos resonadores Q 4-6 cavidades tensión superficial tales como microesferas de sílice exhiben cerca de rugosidad escala atómica, lo que se traduce en altos factores de calidad. Ambos tipos de confinamiento reducen significativamente el umbral de efectos no lineales debido a la fuerte acumulación de energía dentro de la WGMR. También permite a los continuos óptica no lineal de ondas (CW). WGMR puede ser descrito usando THe números cuánticos n, l, m y su estado de polarización, de una fuerte analogía con el átomo de hidrógeno 7. La simetría esférica permite la separación radial y en las dependencias angulares. La solución radial está dada por las funciones de Bessel, los angulares de los armónicos esféricos 8. Vidrio de sílice es centrosymmetric y, por lo tanto, están prohibidos los fenómenos de segundo orden relacionadas con Χ (2) interacciones. En la superficie de la microesfera, la inversión de la simetría se rompe y Χ (2) se puede observar fenómenos 1. Sin embargo, las condiciones de adaptación de fase para la generación de frecuencia de segundo orden son más problemáticos que el equivalente en tercera generación de la frecuencia de compra, sobre todo porque las longitudes de onda implicadas son bastante diferentes y la función de dispersión pueden ser bastante importante. El segundo interacciones de orden son extremadamente débiles. Las escalas de la energía generada con Q 3, mientras que para un thiPara rd interacción de las escalas de la energía generada con Q 4. 9 Por esta razón, el objetivo de este trabajo es de tercer orden óptica susceptibilidad no lineal Χ (3) interacciones tales como estimulada de Raman Scattering (SRS) y se estimularon Antistokes Raman Scattering (SARS) , siendo el SARS la interacción menos explorado 10,11. Chang 12 y 13 de Campillo fue pionero en el estudio de los fenómenos no lineales utilizando gotas de materiales no lineales como WGMR pero el láser de bombeo se pulsó en lugar de CW. Microesferas de sílice 14,10 y 15 microtoroids instalarán plataformas más estables y robustos en comparación con las microgotas, ganando gran parte de la atención en las últimas décadas. En particular, las microesferas de sílice son muy fáciles de fabricar y manejar. SRS es un proceso ganancia pura que se puede lograr fácilmente en WGMR sílice 14,15, ya que alcanzar un umbral es suficiente. En este caso, el alto circulating de intensidad dentro de la WGMR garantiza Raman de acción láser, pero para oscilaciones paramétricas no es suficiente. En estos casos, las oscilaciones eficientes requieren fase y modo correspondiente, la energía y la ley de conservación del momento y una buena superposición espacial de todos modos resonantes que deben cumplirse 16-18. Este es el caso de SARS y FWM en general.

<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 dieléctricos pueden confinar la luz y el sonido durante un espacio de tiempo a través del factor susurrando modos galería de alta calidad (WGM). microesferas de vidrio pueden ser considerados como reserva de energía con una gran variedad de aplicaciones: las fuentes de láser compacto, sensores bioquímicos altamente sensibles y fenómenos no lineales. se da un protocolo para la fabricación tanto de las microesferas y sistema de acoplamiento. Los acopladores descritos aquí son fibras cónicas. Generación eficiente de los fenómenos no lineales relacionados con la susceptibilidad de tercer orden no lineal óptica Χ (3) interacciones en las microesferas de sílice triplemente resonantes se presenta en este documento. Las interacciones aquí reportados son: Estimulada dispersión Raman (SRS), y cuatro procesos de mezcla de ondas que comprenden estimulada anti-Stokes Raman Scattering (SARS). Una prueba de la cavidad fenómeno mejorada está dada por la falta de correlación entre la bomba, de la señal y idler: un modo de resonancia tiene que existir a fin de obtener el parde la señal y la rueda loca. En el caso de oscilaciones hyperparametric (mezcla de cuatro ondas y estimulado anti-Stokes Raman de dispersión), los modos deben cumplir con la conservación de la energía y el momento y, por último pero no menos importante, tener una buena superposición espacial.

Los factores Q de las microesferas fabricadas siguiendo el protocolo descrito anteriormente son en exceso de 10 8 (Figura 5) para diámetros grandes (&gt; 200 m) y más de 10 6 para diámetros pequeños (&lt;50 micras). contraste de resonancia por encima de 95% (cerca de acoplamiento crítico) se puede observar fácilmente. Para altas intensidades de circulación, se pueden observar los siguientes efectos no lineales en la región del infrarrojo: la...

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

Estimulada Stokes y Antistokes Raman Scattering en microesférico Whispering Gallery Mode resonadores

Generación eficiente de los fenómenos no lineales relacionados con la susceptibilidad de tercer orden no lineal óptica Χ (3) interacciones en las microesferas de sílice triplemente resonantes se presenta en este documento. Las interacciones aquí reportados son: Estimulada dispersión Raman (SRS), y cuatro procesos de mezcla de ondas que comprenden estimulada 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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