CLEO/Europa-EQEC 2017 Mika Fuchida

CD-7.4 Piezo-tunable Second-Harmonic-Generation in einem Flüstergalerieresonator (Christoph S. Werner, Freiburg Uni.

In dieser Forschungsarbeit wurde ein hybrider WGM-Resonator mit einem Piezoelement auf seiner Achse hergestellt, dessen Resonanzwellenlänge durch Kontrolle des Radius eingestellt werden kann. Der Resonator wurde hergestellt, indem zunächst ein Loch von mehreren mm in einen LiNbO3-Wafer mittels Laserbearbeitung gebohrt und mit einem Piezo-Post verbunden wurde. Dann wurde er auf eine Spindel montiert und mit demselben Laser der Rand geformt, gefolgt von Schleifen und Polieren, um die endgültige Form und Oberfläche zu erhalten. Bei dem Laser handelt es sich um einen 150-fs-Femtosekundenlaser mit einer Leistung von 1 W und einer zentralen Wellenlänge von 388 nm, die in 1,2-nm-Schritten eingestellt wird (ist die Wellenlänge zu kurz, schmilzt die Oberfläche zu stark und wird uneben, was schlecht ist). Die Breite des Resonators beträgt nur 100 µm bei einer Dicke von 250 µm und einem Durchmesser von mehreren mm, und es wird ein Q-Wert von etwa 108 erreicht. Durch Anlegen einer Spannung an das Piezoelement wird die Geometrie des Resonators physikalisch verändert, was eine modensprungfreie Abstimmung von SHG-Licht um 520 nm mit einer Spanne von 28 GHz ermöglicht (Spanne größer als FSR). Diese Methode ist der temperaturbasierten Abstimmung insofern überlegen, als die Abstimmgeschwindigkeit höher ist.

CD-8.3 Laseraktive Flüstergalerieresonatoren als vielseitige Plattform für optische Dreiwellenmischung (Simon J. Herr, Uni Freiburg).

Diese Arbeit im Rahmen der mündlichen Sitzung von CD-7 und der gleichnamigen Tagung über Nichtlinearitäten in resonanten Strukturen ist das erste Beispiel für den gleichzeitigen Nachweis von Laseroszillation und nichtlinearen Prozessen zweiter Ordnung in einem einzigen Flüstergalerieresonator (WGR). Optische WGM-Mikroresonatoren haben wegen ihrer hohen Effizienz und Frequenzumwandlung als breitbandige Lichtquelle Aufmerksamkeit erregt. Herkömmliche Methoden zur Erzeugung nichtlinearer Effekte erfordern jedoch die externe Einkopplung eines Lasers mit schmaler Linienbreite und abstimmbarer Wellenlänge, was für reale Anwendungen erhebliche technische Anforderungen stellt. Bei der in dieser Studie vorgestellten Methode wird zunächst ein kostengünstiger CW-Laser (Wellenlänge von ca. 820 nm) mit einer Linienbreite von mehreren GHz und ohne enge Linienbreite als Pumplicht in den WGR eingekoppelt. Da der FSR des Resonators zu diesem Zeitpunkt ebenfalls mehrere GHz beträgt, koppelt er immer an eine Mode mit einem Q-Wert von etwa 105 (Linienbreite mehrere GHz). Dieses Licht schwingt als Nd-dotierter Laser in einer Mode mit geringer Linienbreite (Wellenlänge von etwa 1080 nm), und im Nd-dotierten LiNbO3-Resonator (Wellenlänge von etwa 540 nm) wird die zweite Harmonische erzeugt. Auf diese Weise kann das zur Erzeugung von nichtlinearen Effekten zweiter Ordnung erforderliche Pumplicht von einem im selben Resonator oszillierenden Laser bereitgestellt werden, was das System erheblich vereinfacht und den Einsatz eines teuren Lasers überflüssig macht. Darüber hinaus wurde auch ein optischer parametrischer Prozess bestätigt, obwohl kein kausaler Zusammenhang nachgewiesen werden konnte, ob dieser auf das im Resonator erzeugte Laserlicht zurückzuführen ist, und die Realisierung einer selbst pumpenden Breitbandlichtquelle wird erwartet.

CE-8.6 Second-Harmonic Generation Imaging for Crystal Structure Characterisation in IIIV Nanowires (Maria Timofeeva, ETH Zürich).

Dies war der letzte Vortrag in der Sitzung mit dem Titel Nichtlineare Optik, und obwohl er nicht direkt mit dem Forschungsthema des Tanabe-Labors zusammenhängt, war er interessant und ich werde ihn hier besprechen. In einer Sitzung, die in einem kleineren Raum hinter Hondas Präsentation stattfand, präsentierte Ingos Gruppe Forschungen zu praktischen integrierten Geräten bei Raumtemperatur durch Aufwachsen einer Schicht aus KTN, einem Material, das höhere EO- und Kerr-Effekte als LN und andere Materialien verursacht, auf MgO. Die hier vorgestellten Forschungsarbeiten demonstrieren eine Methode zur Abbildung der Kristallstruktur von Materialien, in denen SHG auftritt, ohne dass das Material wie im TEM irreversibel in dünne Scheiben geschnitten werden muss. Die Probe ist ein GaAs-Nanodraht, und eine gepulste Lichtquelle von 3,5 mW bei 820 nm wird auf die gesamte Probe angewendet, um die Erzeugung der zweiten Harmonischen zu erzeugen, und die Intensitätsverteilung des Lichts bei 410 nm wird mit einer CCD-Kamera mit Elektronenbildvergrößerung erfasst. (2) Der Tensor ist für jeden bekannt. Durch Drehen der Polarisation der gepulsten Lichtquelle und Erfassen der Intensitätsverteilung in Polarkoordinaten kann daher die Art der Kristallstruktur am Beobachtungspunkt bestimmt werden, und selbst wenn es sich um eine Mischung handelt, kann das Verhältnis der beiden bestimmt werden. Diese Methode erfordert weder ein Vakuum noch ultratiefe Temperaturen, keine Abtastung und ist keine zerstörende Prüfung, so dass sie voraussichtlich angewendet werden kann, um zu prüfen, ob ein optisches Element eine reine Kristallstruktur oder eine periodische Heterostruktur aufweist.