EAGER: Coherent Terahertz Generation in Silica Micro-Resonators

EAGER:二氧化硅微谐振器中产生相干太赫兹

基本信息

项目摘要

Proposal summaryWe propose to design, fabricate, and experimentally demonstrate a new type of THz emitter by exploiting, for the first time, whispering-gallery enhancement in a THz parametric oscillator. The extremely high resonance quality factors offered by these micron-scale whispering-gallery mode resonators offer unprecedented cavity enhancement factors not only for the optical pump, but also for the generated THz wave. Our preliminary calculations show that such enhancement can transform THz sources to allow a coherent (10 GHz bandwidth), linearly polarized, frequency tunable THz emission with 100 times higher power efficiencies compared to the state-of-the art.Intellectual merit:The proposed work presents an entirely new perspective on the potential use of whispering-galley mode resonators to radically improve the performance of existing terahertz sources. Whispering-gallery enhancement allowed us in the past to be the first to experimentally demonstrate (1) Third-harmonic in a micro-resonator, (2) Brillouin scattering in a micro-resonator, and (3) mechanical vibration by radiation pressure. Using this experience we will explore the use of similar whispering-gallery enhancement to benefit optical-to-THz conversion efficiency in a silica micro-resonator. Theoretical investigations provide a deep understanding of fundamental conversion efficiency limitations of whispering-gallery enhanced THz parametric oscillators. They also offer a valuable insight to physical requirements for THz whispering gallery enhancement. Additionally, the experimental efforts provide an intuitive insight to practical constraints and solutions to develop proper silica micro-resonator THz emitters.Broader Impact:The outcome of the proposed research will enable high-performance medical imaging, biological sensing, security screening and chemical identification systems which are currently limited by the low output power of the existing terahertz sources.Integration of education with research activities:A special training program will be constructed to assimilate graduate students working on this type of interdisciplinary research, undergraduate students and summer interns will be recruited for the research activities, special priority will be given to recruitment of talented women undergraduate and graduate candidates and the members of underrepresented groups. Our PhD students is already teaching pupils from underrepresented population; we intend to integrate The THz research into this school activity via a series of experiment in order to attract this students to apply to university at the end of this 3 year project when the children will be 18. New graduate courses and interdisciplinary seminars will be developed and new teaching modules will be included in undergraduate courses, an update on our research results and educational tutorials will be disseminated to the public via easy-to-navigate web pages, bi-annual seminars and open house visits and scientific demos will be arranged for high school students
提案Summarywe建议通过首次在THZ参数振荡器中利用窃窃私语 - 窃窃私语的增强来设计,制造和实验表明一种新型的THZ发射极类型。这些微米尺度的耳语 - 助奖模式共振器提供的极高的共振质量因子不仅为光泵提供了前所未有的腔体增强因子,而且还为产生的THZ波提供了。我们的初步计算表明,这种增强可以改变THZ的来源,以允许相干(10 GHz带宽),线性极化,频率可调节的THZ发射,与最先进的艺术功绩相比,功率效率提高了100倍:所提议的工作在潜在的使用范围内的潜在使用范围内,可以在现有的模式下使用hisepry-GaleSoners的效果,以提高其范围内的效率。窃窃私语的增强功能使我们过去是第一个在微谐波中实验证明(1)第三谐波的人,(2)微谐波中的布里鲁因散射,以及(3)通过辐射压力进行机械振动。利用这一经验,我们将探索使用类似的耳语 - 助手增强功能,以使二氧化硅微谐波中的光学到THZ转换效率受益。理论研究提供了对窃窃私语增强的THZ参数振荡器的基本转换效率限制的深入了解。他们还为THZ耳语画廊增强的物理要求提供了宝贵的见解。此外,实验努力为开发适当的二氧化硅微谐振器Thz Emitters提供了直观的见解。Boader的影响:拟议研究的结果将使高性能的医学成像,生物学感应,安全筛选和化学识别系统限制在现有的Teremection for to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to sepor的限制:启用teregration的限制:将招募从事这种类型的跨学科研究,本科生和暑期实习生的研究生,从事研究活动,将特别优先考虑招募才华横溢的女性本科生和研究生候选人以及代表性不足的团体的成员。我们的博士学位学生已经在教导人口不足的学生。我们打算通过一系列实验将THZ研究整合到这项学校活动中,以吸引该学生在这个3年项目结束时向大学申请,届时儿童将为18岁。新的研究生课程和跨学科研讨会将开发,新的教学模式将包括在本科生中,以我们的研究成果进行更新,并在我们的研究成果中进行更新,并将公众置于公众的范围内,并将其置于公众的范围内,并将其置于公众的范围内 - 将为高中生安排研讨会和开放式访问和科学演示

项目成果

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