Published February 27, 2024
| Version v1
Publication
Open
Real-time imaging of standing-wave patterns in microresonators
Creators
- 1. Max Planck Institute for the Science of Light
- 2. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
- 3. University of Strathclyde
- 4. Xi'an Jiaotong University
- 5. Indian Institute of Technology Delhi
Description
Real-time characterization of microresonator dynamics is important for many applications. In particular, it is critical for near-field sensing and understanding light–matter interactions. Here, we report camera-facilitated imaging and analysis of standing wave patterns in optical ring resonators. The standing wave pattern is generated through bidirectional pumping of a microresonator, and the scattered light from the microresonator is collected by a short-wave infrared (SWIR) camera. The recorded scattering patterns are wavelength dependent, and the scattered intensity exhibits a linear relation with the circulating power within the microresonator. By modulating the relative phase between the two pump waves, we can control the generated standing waves' movements and characterize the resonator with the SWIR camera. The visualized standing wave enables subwavelength distance measurements of scattering targets with nanometer-level accuracy. This work opens broad avenues for applications in on-chip near-field (bio)sensing, real-time characterization of photonic integrated circuits, and backscattering control in telecom systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد توصيف ديناميكيات المرنان الدقيق في الوقت الفعلي أمرًا مهمًا للعديد من التطبيقات. على وجه الخصوص، إنه أمر بالغ الأهمية لاستشعار المجال القريب وفهم تفاعلات المادة الضوئية. هنا، نبلغ عن التصوير والتحليل الميسر للكاميرا لأنماط الموجات الدائمة في مرنانات الحلقات البصرية. يتم إنشاء نمط الموجة الدائمة من خلال الضخ ثنائي الاتجاه للمرنان الدقيق، ويتم جمع الضوء المبعثر من المرنان الدقيق بواسطة كاميرا الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة (SWIR). تعتمد أنماط التشتت المسجلة على الطول الموجي، وتظهر الشدة المبعثرة علاقة خطية مع قوة الدوران داخل الرنان الدقيق. من خلال تعديل الطور النسبي بين موجتي المضخة، يمكننا التحكم في حركات الموجات الدائمة المتولدة وتمييز الرنان بكاميرا SWIR. تتيح الموجة الدائمة المرئية قياسات المسافة دون الطول الموجي لأهداف التشتت بدقة على مستوى النانومتر. يفتح هذا العمل طرقًا واسعة للتطبيقات في الاستشعار بالقرب من المجال (الحيوي) على الرقاقة، وتوصيف الدوائر المتكاملة الفوتونية في الوقت الفعلي، والتحكم في التشتت العكسي في أنظمة الاتصالات.Translated Description (French)
La caractérisation en temps réel de la dynamique des microrésonateurs est importante pour de nombreuses applications. En particulier, il est essentiel pour la détection en champ proche et la compréhension des interactions lumière-matière. Ici, nous rapportons l'imagerie et l'analyse facilitées par caméra des modèles d'ondes stationnaires dans les résonateurs en anneau optique. Le motif d'ondes stationnaires est généré par pompage bidirectionnel d'un microrésonateur, et la lumière diffusée par le microrésonateur est collectée par une caméra infrarouge à ondes courtes (SWIR). Les motifs de diffusion enregistrés dépendent de la longueur d'onde, et l'intensité diffusée présente une relation linéaire avec la puissance de circulation à l'intérieur du microrésonateur. En modulant la phase relative entre les deux ondes de pompe, nous pouvons contrôler les mouvements des ondes stationnaires générées et caractériser le résonateur avec la caméra SWIR. L'onde stationnaire visualisée permet des mesures de distance sub-longueur d'onde de cibles de diffusion avec une précision au niveau nanométrique. Ce travail ouvre de larges perspectives pour des applications dans la détection en champ proche (bio) sur puce, la caractérisation en temps réel des circuits intégrés photoniques et le contrôle de la rétrodiffusion dans les systèmes de télécommunications.Translated Description (Spanish)
La caracterización en tiempo real de la dinámica del microresonador es importante para muchas aplicaciones. En particular, es fundamental para la detección de campo cercano y la comprensión de las interacciones luz-materia. Aquí, informamos imágenes y análisis facilitados por cámara de patrones de onda estacionaria en resonadores de anillo óptico. El patrón de onda estacionaria se genera a través del bombeo bidireccional de un microresonador, y la luz dispersada desde el microresonador es recogida por una cámara infrarroja de onda corta (SWIR). Los patrones de dispersión registrados dependen de la longitud de onda, y la intensidad dispersada exhibe una relación lineal con la potencia de circulación dentro del microresonador. Al modular la fase relativa entre las dos ondas de bombeo, podemos controlar los movimientos de las ondas estacionarias generadas y caracterizar el resonador con la cámara SWIR. La onda estacionaria visualizada permite mediciones de distancia sublongitud de onda de objetivos de dispersión con precisión a nivel nanométrico. Este trabajo abre amplias vías para aplicaciones en (bio)detección de campo cercano en chip, caracterización en tiempo real de circuitos integrados fotónicos y control de retrodispersión en sistemas de telecomunicaciones.Files
pnas.2313981121.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6353924b8e36aa1ea33060f4a1791a02
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التصوير في الوقت الحقيقي لأنماط الموجات الدائمة في الرنانات الدقيقة
- Translated title (French)
- Imagerie en temps réel des modèles d'ondes stationnaires dans les microrésonateurs
- Translated title (Spanish)
- Imágenes en tiempo real de patrones de ondas estacionarias en microresonadores
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392201551
- DOI
- 10.1073/pnas.2313981121
References
- https://openalex.org/W1911969426
- https://openalex.org/W1940239272
- https://openalex.org/W1983329723
- https://openalex.org/W1989185242
- https://openalex.org/W2023155169
- https://openalex.org/W2055326043
- https://openalex.org/W2083180015
- https://openalex.org/W2083772759
- https://openalex.org/W2085538926
- https://openalex.org/W2102183852
- https://openalex.org/W2110704097
- https://openalex.org/W2112814200
- https://openalex.org/W2130163349
- https://openalex.org/W2134434620
- https://openalex.org/W2153113428
- https://openalex.org/W2153674293
- https://openalex.org/W2512049535
- https://openalex.org/W2550720234
- https://openalex.org/W2624379412
- https://openalex.org/W2804061076
- https://openalex.org/W2900859524
- https://openalex.org/W2902298415
- https://openalex.org/W2902722106
- https://openalex.org/W2917458549
- https://openalex.org/W2972411893
- https://openalex.org/W3001321856
- https://openalex.org/W3005235096
- https://openalex.org/W3022549703
- https://openalex.org/W3033017475
- https://openalex.org/W3099304651
- https://openalex.org/W3100915914
- https://openalex.org/W3102915914
- https://openalex.org/W3105077295
- https://openalex.org/W3105852693
- https://openalex.org/W3112312808
- https://openalex.org/W3134832552
- https://openalex.org/W3156476771
- https://openalex.org/W3175479092
- https://openalex.org/W3175974293
- https://openalex.org/W3182520208
- https://openalex.org/W3206224292
- https://openalex.org/W4200601338
- https://openalex.org/W4205419181
- https://openalex.org/W4205735683
- https://openalex.org/W4210494174
- https://openalex.org/W4211100070
- https://openalex.org/W4283162472
- https://openalex.org/W4304014453
- https://openalex.org/W4324347405
- https://openalex.org/W4376609096
- https://openalex.org/W4385316532
- https://openalex.org/W4385697834
- https://openalex.org/W4387674328
- https://openalex.org/W4392201551