Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

KŘEMENNÉ OPTICKÉ MIKROREZONÁTORY Optické komunikace 21.-22.10. 2010, Praha M. JELÍNEK 1, F. TODOROV 2, V. MATĚJEC 2, M. CHOMÁT 2, V. KUBEČEK 1, D. BERKOVÁ.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "KŘEMENNÉ OPTICKÉ MIKROREZONÁTORY Optické komunikace 21.-22.10. 2010, Praha M. JELÍNEK 1, F. TODOROV 2, V. MATĚJEC 2, M. CHOMÁT 2, V. KUBEČEK 1, D. BERKOVÁ."— Transkript prezentace:

1 KŘEMENNÉ OPTICKÉ MIKROREZONÁTORY Optické komunikace , Praha M. JELÍNEK 1, F. TODOROV 2, V. MATĚJEC 2, M. CHOMÁT 2, V. KUBEČEK 1, D. BERKOVÁ 2 1 Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze, Břehová 7, Praha 1 2 Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i., Chaberská 57, Praha 8

2 Types of WGM microresonators Highest Q achieved with microsphere resonators (diameters μ m) Microfiber Diameter 5 μm

3 WGM Properties Evanescent wave of WGMs penetrates into the microresonator surrounding on distances d  nm and provide us with a tool for detecting RI changes in this area

4 WGM Sensors - Principle Refractive-index changes in the resonator surrounding (surface) cause a shift of resonance peaks and their broadening (decrease of Q)

5 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

6 Úvod  Mikrorezonátor: mikrokulička z dielektrického materiálu o průměru ~10 až ~100  m  Světlo s rezonančními frekvencemi se šíří ve formě tzv. „módů šeptající galerie – whispering gallery modes“  Pole módů je silně lokalizováno do oblasti stěny mikrorezonátoru  Vzhledem k minimálním ztrátám při odrazu světla a potenciálně nízké absorpci materiálu lze dosáhnout mimořádně vysokých hodnot činitelů jakosti Q

7 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

8 Mikrolasery

9 Zúžení a stabilizace spektrální čáry

10 Senzory s vysokou detekční citlivostí  Biologické a chemické senzory

11 Spektrální vlastnosti  Rezonanční spektrum mikrorezonátoru se skládá ze skupin pásů TE(TM) lmq módů, které jsou od sebe vzdáleny o tzv. velký volný spektrální rozsah  FSR :  Křemenný mikrorezonátor n r =1,457, poloměr r=165  m, vlnová délka =1565 nm:  FSR = 1,6 nm, což odpovídá  FSR = 198 GHz : vlnová délka n r : index lomu mikrorezonátoru r: poloměr mikrorezonátoru

12 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

13 Příprava křemenných mikrorezonátorů  Příprava kulových mikrorezonátorů zahřátím konce vlákna plamenem kyslíko-vodíkového hořáku  Byly připraveny mikrorezonátory s průměrem 200 až 400  m

14 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

15 Metody charakterizace  Excitace WGM módů prostřednictvím evanescentního pole  Metody charakterizace mikrorezonátorů:  Objemový hranol  Vláknový hranol  Vláknový taper

16 Excitace objemovým hranolem LD: přeladitelný laserový zdroj L1, L2: sférické čočky (f=25 mm) P: hranol SF 5 PD1: fotodioda + osciloskop

17 Excitace objemovým hranolem LD: přeladitelný laserový zdroj L1, L2: sférické čočky (f=25 mm) P: hranol SF 5 PD1: fotodioda + osciloskop

18 Excitace vláknovým hranolem LD: přeladitelný laserový zdroj PD1: fotodioda + osciloskop

19 Excitace vláknovým taperem LD: přeladitelný laserový zdroj PD2: fotodioda + osciloskop

20 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

21 Excitační zdroje  Telekomunikační laserová dioda 1565 nm  Šířka emitované spektrální čáry < 1 MHz  Ladění vlnové délky  = 1 nm procházejícím proudem  Laserový systém Agilent 81642B  Šířka emitované spektrální čáry < 100 kHz  Ladění vlnové délky  > 10 nm

22 Excitace objemovým hranolem Přeladitelná laserová dioda

23 Excitace vláknovým hranolem Přeladitelná laserová dioda

24 Excitace vláknovým hranolem Laserový systém Agilent

25 Excitace vláknovým hranolem Šířka vybraného dipu: 0,86 pm (FWHM) 106 MHz Činiteli jakosti: Q=1,8×10 6

26 Excitace vláknovým taperem Přeladitelná laserová dioda

27 Excitace taperem – vyhodnocení Šířka vybraného dipu: 1,35 pm (FWHM) 165 MHz Činiteli jakosti: Q=1,16×10 6

28 Obsah  Úvod  Motivace  Příprava křemenných mikrorezonátorů  Metody charakterizace mikrorezonátorů  Experimentálně naměřená spektra  Závěr

29 Závěr  Připraveny kulové mikrorezonátory s průměrem 200 až 400  m  Vyzkoušena tři uspořádání excitace WGM módů: objemový hranol, vláknový hranol a vláknový taper  Ostrá rezonanční minima dosažena pomocí vláknového hranolu i vláknového taperu - činitel jakosti v řádu 10 6  Další postup: vývoj chemického senzoru

30 Optical Fibre Lasers And Their Potential Sensor Applications Tong Sun 1, Rosa Ana Pérez-Herrera 2, Shuying Chen 1, Atasi Pal 3, Manuel López-Amo 2, Ranjan Sen 3, K T V Grattan 1, 1 City University London, UK; 2 Universidad Pública de Navarra, Spain; 3 Central Glass and Ceramic Research Institute (CGCRI), India

31 Microsphere laser: background  Compact and low-threshold infrared laser source for potential multi-parameter gas/vapour detection (~2μm)  Exploration of newly designed and fabricated Tm/Yb co- doped single mode silica fibres Pump Light Source Microsphere Laser cavity Set-up for Gas Absorption Measurements

32 Whispering gallery modes and microsphere  Optical microcavities confine and store optical energy to small volumes by resonant recirculation  Whispering gallery modes (WGMs) orbits near the spherical surface, where long confinement times effectively wrap a large interaction distance into tiny volume.  Microsphere as a micro-resonant cavity  High Q factor  Low threshold  Narrow line-width

33 Microsphere coupling schemes microsphere Tapered Fibre microsphere Angled polished fibre  Optical coupling is accomplished by phase matching the microsphere mode to the fundamental fiber mode P. Féron, Quaderni Di Ottica E Fotonica, vol. 8, p. 117, 2002; Knight et al, Optics Letters, Vol.22, p1129, 1997

34 Fibre Pulling Motorised Stages Motion Controllers Fibre Clampers Laser Scan System Laser focus lens Galvanometer Mirror Laser beam LabVIEW Fibre taper fabrication system The schematic diagram of the CO 2 laser tapering system

35 Fibre taper fabrication system Focus lens Galvanometer mirror Fibre clamper Beam block CCD camera The CO 2 laser-based fibre taper fabrication system

36 Low loss fibre tapers created ASE broad band light source spectrum before and after the tapering the SMF28 Image of a ~2μm taper under microscope

37 Microsphere fabrication  Laser gain material: Tm/Yb co-doped single mode silica fibre:  Tm concentration: 1110ppm; Yb concentration: 1060ppm  Fibre core diameter: 9  m, NA: 0.15  The fibre cladding was removed by chemical etching at Acreo, Sweden  Microsphere fabrication: melting the end of an etched fibre using the CO2 laser and the microsphere will be formed at the end of the fibre due to the surface tension

38 Microsphere laser cavity Fibre ClampsMicroscope Objective X-Y-Z Translation Stages Microsphere-tapered fibre coupling point Taper Coupling point Microsphere Coupling between the fibre taper and the microsphere

39 Microsphere laser system  Taper diameter: ~2μm  Sphere diameter:~75μm  The microsphere is in contact with the taper to avoid the disturbance due to environmental vibrations  A tunable laser source was used as the pumping source  A Monochrometer was used to scan cross the emission range to detect the laser emission signals Tunable laser source Monochromator Microsphere laser cavity

40 Experiment results Tm/Yb sphere laser spectrum pumped by 2 mW power at a wavelength of 1623nm showing signal intensity in arbitrary units (a.u.) versus wavelength (nanometres)

41 Experiment results obtained Tm/Yb sphere laser spectrum pumped by 15 mW power at a wavelength of 1623nm showing signal intensity in arbitrary units (a.u.) versus wavelength (nanometres )

42 Experiment results Laser output peak intensity at 1961 nm, as a function of the pump power at 1623nm


Stáhnout ppt "KŘEMENNÉ OPTICKÉ MIKROREZONÁTORY Optické komunikace 21.-22.10. 2010, Praha M. JELÍNEK 1, F. TODOROV 2, V. MATĚJEC 2, M. CHOMÁT 2, V. KUBEČEK 1, D. BERKOVÁ."

Podobné prezentace


Reklamy Google