Raman-Com-Emission in mikro-optischen Resonatoren durch induzierte Raman-Streuung.

Ein mikrooptischer Resonator ist ein Element, das Licht in einem kleinen Volumen für eine lange Zeit einschließt, und die Lichtenergie im Resonator kann durch die Zufuhr von Dauerlicht (CW) erhöht werden. Hier kann eine Vier-Wellen-Mischung von nichtlinearen optischen Effekten induziert werden, um kammartiges Spektrallicht mit einer Frequenzkomponente zu erzeugen, die der Resonanzfrequenz entspricht (optischer Kercomb). Dieser optische Kercomb hat einen weiten Modenabstand von 10 GHz bis zu mehreren THz auf der Frequenzachse und wird voraussichtlich in der optischen Kommunikation, in Mikrowellenoszillatoren, in der Zweifachkamm-Spektroskopie und in optischen Frequenzkamm-Kalibrierungslichtquellen für die Planetenerkundung Anwendung finden. Neben der Methode der Vier-Wellen-Mischung wurde auch über die Erzeugung von Raman-Kämmen durch induzierte Raman-Streuung (SRS) berichtet.

SRS ist ein Phänomen, bei dem die Wechselwirkung zwischen Licht und den Molekularschwingungen eines Materials Licht mit einer Frequenz erzeugt, die niedriger ist als die Trägerfrequenz. Die Verschiebungsfrequenz wird durch die Eigenschwingungsmoden der Moleküle des Mediums bestimmt, so dass die Form des Raman-Verstärkungsspektrums je nach Medium unterschiedlich ist. Dieser SRS wird für die optische Verstärkung und die Laseroszillation verwendet, aber für die Laseroszillation ist eine relativ hohe Eingangsleistung erforderlich, z. B. für die optische Pulsanregung. Die hohe Lichteinschließungsleistung von mikrooptischen Resonatoren ermöglicht es jedoch, die Schwellenpumpleistung erheblich zu senken, so dass es einfach ist, eine SRS aus einem CW-Laser zu erzeugen. Unter Bedingungen, bei denen die breitbandige Raman-Verstärkung mehrere Resonanzmoden anregt, wird ein Mehrfrequenz-Raman-Kamm erzeugt, der der Resonanzfrequenz entspricht.

In einem optischen Kerr-Kamm mit Vier-Wellen-Mischung verbreitert sich das Spektrum, während die Bedingung der Phasenanpassung erfüllt ist, so dass die Phasen der einzelnen Frequenzkomponenten angeglichen werden können. Bei einem Raman-Kamm hingegen verbreitert sich das Spektrum unabhängig von der Bedingung der Phasenanpassung, so dass die Phasen der einzelnen Frequenzkomponenten in der Regel nicht aufeinander abgestimmt sind. Mehrere Forschergruppen haben jedoch über die Erzeugung phasenstarrender Raman-Kämme berichtet, die potenzielle Anwendungen in kompakten gepulsten Laserquellen, Mikrowellenoszillatoren, Sensoren und der optischen Kohärenztomographie haben. Der Erzeugungsprozess von Raman-Kämmen, die Kontrolle der spektralen Form und die Abhängigkeit von den Parametern sind jedoch noch nicht gut verstanden. In dieser Studie wird das breitbandige Raman-Verstärkungsspektrum von Quarzglas verwendet, um die Parameterabhängigkeit des Raman-Kamms und seines Erzeugungsprozesses in einem mikrooptischen Resonator mit Quarzstab zu klären.