Summary
ويستخدم تقنية تداخل المرجعية، والتي صممت لإزالة الضوضاء غير المرغوب فيها غضب ليزر لnanodetection، لبحث عاملا microcavity جودة فائقة. وتقدم الإرشادات للتجميع، والإعداد، والحصول على البيانات، إلى جانب عملية القياس لتحديد عامل الجودة تجويف.
Abstract
هو الطراز وتداخل الألياف استقرت حراريا وميكانيكيا مناسبة لفحص عامل microcavities جودة فائقة. بعد تقييم مجموعتها الطيفية الحرة (FSR)، يتم وضع وحدة بالتوازي مع نظام تفتق-microcavity الألياف ثم معايرة من خلال عزل والقضاء على التحولات العشوائية في تردد الليزر (ليزر أي ضجيج غضب). لتحقيق تقاطع تفتق-microcavity وتعظيم الطاقة الضوئية التي يتم نقلها إلى مرنان، يتم سحبها واحد وضع الألياف البصرية الدليل الموجي. المحاليل المحتوية على nanobeads البوليسترين ثم يتم إعداد ونقل جوا إلى microcavity من أجل إثبات قدرة النظام على الشعور ملزمة لسطح microcavity. البيانات بعد معالجتها، عبر منحنى التكيف المناسب، والذي يسمح للقياسات عالية الدقة للعامل الجودة فضلا عن التآمر من المعلمات التي تعتمد على الوقت، مثل الطول الموجي والتردد الرنانة الانقسام التحولات. من قبل بعنايةتفتيش الخطوات في زمن الاستجابة المجال والتحول في استجابة التردد المجال، ويمكن قياس هذا الصك الأحداث ملزمة منفصلة.
Introduction
وقد ارتفعت الفائدة الأبحاث بشكل كبير على استخدام وضع يهمس-معرض (WGM) microcavities لغرض nanodetection وbiosensing 1-8. وهذا ينطوي على عامل الجودة عالية جدا (س) تجاويف البصرية التي يجيدون في تحديد الجزيئات البيولوجية ضئيلة، وصولا الى مستوى بروتين واحد 2. وهذا هو، ورصد التحولات في صدى وتردد الانقسام لنقل مع حساسية غير عادية 9-11 يمكن تمكين حبسها تجويف من الطاقة الضوئية ضمن حجم صغير وضع. الاختلافات في الخصائص البصرية للمرنان هي السبب في هذه التحولات، والتي بدورها تأتي من الربط من جزيئات منفصلة أو النانوية. والمثال أقل تطورا من بنية WGM ثلاثية الأبعاد لمثل هذه التطبيقات هو المكروية السيليكا، والتي يمكن أن تكون ملفقة مع قرب سطح أملس بالذرة ببساطة عن طريق الذوبان الألياف البصرية رسمها باستخدام الليزر CO 2. كما هو معروف،عالية العوامل-Q على ترتيب 10 9 1 لا يمكن أن يتحقق.
ويتم رصد تردد الرنين من microcavity تقليديا عن طريق مسح التردد البصرية من مصدر ليزر الانضباطي في وقت واحد في حين أن الصورة في الكشف عن انتقال البصرية التي يتم التقاطها على الذبذبات. والعيب المتأصلة في هذه التقنية هو عدم اليقين المرتبطة موقع قطرات في نقل الذي يطرح نفسه من تذبذب الليزر الطول الموجي أو غضب الليزر. للتغلب على هذه المضاعفات، وتداخل يمكن استخدامها جنبا إلى جنب مع microcavity لإنتاج إشارة مرجعية لإلغاء غضب الليزر وزيادة حساسية لاحظ 2. يتم تقسيم المدخلات الضوء إلى مسارين البصرية: شعاع المرجع الذي يمر عبر تداخل (مع مجموعة الطيفية مجانا أو FSR كبيرة بما يكفي لمنع الليزر من النرفزة واحد تباعد تردد FSR الماضي خلال القياس) وشعاع كشف أن الباحثeracts مع ميكروريسوناتور WGM. هذه الميزة يبسط التجارب بالمقارنة مع تكوينات أكثر تقدما، مثل تلك التي من WGM الاستشعار تنطوي على مزيج من الليزر ردود الفعل وزعت للعبة (يويفا) وpoled دوري نيوبات الليثيوم (PPLN) مضاعف 12. في هذا المنشور، يوصف أسلوب تداخل لرصد جودة فائقة عامل microcavity استنادا للمادة 3 النانو. وترد إجراءات الإعداد والحصول على البيانات المطلوبة لتحقيق ذلك، توضح كيف يمكن تحديد عامل الجودة من خلال تجويف التداخل المرجعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. مرجع التداخل البناء وFSR القياس
- إنشاءات
- إنشاء مربع الاكريليك مكشوفة. وينبغي أن يكون هذا الهيكل كبيرة بما يكفي لتناسب بشكل مريح إلى 16 × 16 في في × 16 في مربع الستايروفوم.
- افتعال وحدة رفوف 3 مراحل لإيواء المكونات البصرية، والتي سوف تجلس في مكشوفة مربع الاكريليك وسيتم المغلقة تماما من قبل مربع الستايروفوم لعزل الحراري. يجب أن يكون اثنين من الثقوب مرتفعة على مربع الستايروفوم الان للسماح للألياف للدخول والخروج من العلبة بأكملها.
- على المسرح 3 الثالثة: واحد من الألياف الإخراج من مقرنة اتجاهي 3 ديسيبل ينبغي فرضت على وحدة تحكم الاستقطاب الذي بدوره يؤدي إلى مدخل الميناء من 3 ديسيبل منفصلة مقرنة الاتجاه.
- على المسرح 2 الثانية: تشكيل لحلقة مع ما يقرب من 16 قدما من الألياف البصرية الناشئة عن غيرها من منفذ إخراج أول 3 ديسيبل الاتجاه مقرنة. توجيه هذه الألياف إلى مدخل الميناء المتبقية من لياليecond 3 ديسيبل الاتجاه مقرنة على المسرح 3 الثالثة.
- ملء مربع الاكريليك مع 50٪ حلق الجليد مختلطة مع 50٪ من المياه السائلة، كما أن الموضة حمام الثلج وبالتالي الحفاظ على درجة حرارة المكونات البصرية بالقرب من 0 درجة مئوية.
- FSR القياس
- إعداد الليزر التحقيق في الطول الموجي المطلوب. توظيف وظيفة مولد بحيث يتم توصيل انتاجها إلى قوة الخائن 3 ديسيبل. يجب أن يكون متصلا واحدة من المخرجات من الخائن 3 ديسيبل إلى الذبذبات لأغراض الرصد وإخراج آخر لاستخدامه لمباشرة توليف تردد من الليزر.
- تغذية انتاج الليزر كإدخال إلى مقرنة اتجاهي 1 شارع 3 ديسيبل.
- النواتج اثنين من الثانية 2 3 ديسيبل مقرنة اتجاهي هي لحمل الإشارات photomixed إلى photodetector متوازنة (برميل يوميا). أخيرا، قم بتوصيل كابل خرج من برميل يوميا إلى مدخل القناة من الذبذبات.
- خطيا مسح تردد الليزر من قبل ملحقيينغ وحدة ليزر مع إشارة منحدر المتولدة من مولد الموجي (مع الجهد الذروة إلى الذروة من 1 V وتردد المسح من 100 هرتز). فإن إشارة خرج من برميل يوميا تصبح الجيبية على الذبذبات.
- ضبط تحكم الاستقطاب لتحقيق أقصى قدر من الجهد الذروة إلى الذروة من الموجي الجيبية.
- لقياس FSR، تكوين ليزر لإخراج موجة مستمرة من خلال وضع مولد الموجي إلى وضع العاصمة. لحن الموجي مولد الجهد من هذا القبيل أن الإشارة المرسلة من يتقلب في جميع أنحاء برميل يوميا 0 V (أي. نقطة التربيع). تفقد إشارة خرج باستخدام محلل الطيف الكهربائية. يجب أن تظهر إشارة رصدها بوصفها وظيفة سينك مربع، حيث موقع الصفر الأول أقرب الحد الأقصى العالمي (في تردد صفر) يتوافق مع FSR. للحد من الضوضاء القياس، تعيين محلل الطيف الكهربائي إلى وضع المتوسط.
2. الألياف سحب 13
الديباجة: إن الهدف من هذا الإجراء هو لمطابقة تقريبا مرحلة من الفوتونات السفر في تفتق لتلك التي microcavity بحيث يمكن أن يحدث اقتران كفاءة. كما يتم سحب الألياف، فإن القسم المركزي التي تقع بين اثنين من المشابك الانتقال من دعم وضع واحد داخل الألياف العادية، إلى وسائط متعددة ضمن الدليل الموجي التي شكلتها الكسوة السيليكا الأصلي يصبح جوهر والهواء يصبح الكسوة، ثم إلى وضع واحد. وجوهر السيليكا من الألياف تختفي تقريبا في الجزء الأوسط، حيث سيتم مؤقتا تصدى راض ظروف الانتشار المتعدد من تقلص مستمر من قطر الألياف.
- تحديد صاحب الألياف إلى مرحلة متعدية الآلية.
- Connectorize قسمين من الألياف الضوئية مع موصلات FC / APC واحدة على نهاية كل قسم. إزالة طلاء عازلة من نهايات غير مترابطة مع متجرد الألياف، تنظيفها مع الأسيتون الأولى والرابعةأون الأيزوبروبانول، يلتصق الأوجه نهاية، والانصهار لصق بعضهم البعض.
- لمراقبة الخسارة في تفتق، وربط ليزر التحقيق في وضع الطاقة المستمر إلى نهاية واحدة من الألياف في حين يتم توصيل الطرف الآخر من الألياف إلى photodetector (PD). يجب أن تكون متصلا الناتج من PD إلى الذبذبات. ضبط إعدادات الذبذبات لقياس PD انتاج التيار الكهربائي، والذي يتناسب مع قوة الليزر المرسلة.
- تسجيل القيمة الأولية للناتج PD الجهد ومواصلة رصد حتى الخطوة 2.9.
- المشبك الألياف إلى حامل الألياف والألياف مع صورة المجهر الضوئي.
- الافراج عن الهيدروجين من النوع الذي يبدأ في التدفق بالقرب من تفتق، في انتظار الهواء للخروج من أنبوب وللضغط من القناة لتحقيق الاستقرار. مرة واحدة في معدل تدفق للغاز الهيدروجين تصل إلى 110 مل / دقيقة، إشعال ذلك بالقرب من مخرج مع أخف وزنا لتسخين الألياف.
- باستخدام برنامج ابفيف العرف، وسحب خطيا الألياف. نلاحظ أنه خلال بوعملية lling، جوهر الألياف يختفي تدريجيا بينما سائط متعددة الكسوة أصبح المهيمن في توجيه الضوء من خلال قسم الألياف مدبب. كثافة تنتقل عن طريق الألياف البصرية يجب أن تتذبذب بسبب التدخل المتعدد.
- مواصلة سحب الألياف للحد من عرض الألياف تفتق حتى أنها تدعم وضع الكسوة واحد فقط. بعد توقف شدة تنتقل إلى تختلف، ووقف سحب الألياف.
- تحرير حامل الألياف من مرحلة الترجمة وضمان الحصول عليها بالقرب من المسرح كهرضغطية.
3. إعداد وتسليم حلول
- إعداد 22:00، 13:00، و 100 حلول وزير الخارجية تتكون من 50 دائرة نصف قطرها نانومتر المجهرية البوليسترين monodisperse في الفوسفات مخزنة المالحة Dulbecco و(DPBS). بالإضافة إلى ذلك، إيجاد حل DPBS النقي.
- وضع الحلول في جهاز للطرد المركزي، ارباك مواقفها داخلها لأغراض التوازن، وبدء دورة الغزل 30 دقيقة.
- على completioن، ومكان آمن الحلول في مجفف، بإخلاء ذلك، وقصف الحلول مع موجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة.
- إزالة الحلول ووضعها جانبا بالقرب من الإعداد التجربة.
- بناء موقف لنظام التسليم السائل الصغيرة.
- عند تنظيف اثنين من الحلقات، إدراج نصائح حقنة على طرفي شريحة أنيبيب والمسمار على الحلقات إلى نصائح حقنة. اتصال فردي واحدة من الحلقات إلى طرف الحقنة الثالثة والآخر إلى يور قفل المناسب لتجميع برميل المكبس.
- ربط طرف الحقنة تتعرض لموقف ودعم من وراء العينة. وينبغي أن تكون قادرة على التدفق على عينة من دون انسكاب السوائل كبيرة.
- من حيث المادة 5 من البروتوكول، تحميل برميل مع حل مناسب ويدويا حقنه من خلال نظام ميكروفلويديك خلال التجربة.
4. لتكوين النظام وسائل الربط
- ربط عالج بالليزر التحقيق ص إلى الاتجاه مقرنة 10 ديسيبل. ويرتبط الميناء إلى جانب مدخل الميناء من تداخل الإشارة أثناء توصيل منفذ تنتقل إلى وحدة تحكم الاستقطاب تليها الألياف مدبب.
- إعادة تركيز الأهداف المجهر للحصول على اثنين من صور حادة من تفتق الألياف.
- وصل الناتج من الألياف مدبب إلى PD. يجب أن يرفق إخراج هذا PD إلى مدخلات قناة مختلفة من الذبذبات.
- جبل العينة على nanopositioner وإجراء تعديلات الخشنة لتهجير عليه بحيث يكون قريب من وسط تفتق الألياف.
- حقن DPBS للعينة. إجراء تعديلات الخشنة أن هذه تفتق الألياف يأتي في طريقة العرض من الكاميرات CCD اثنين. ضبط nanopositioner لإنشاء اقتران تفتق من الألياف إلى microcavity.
- مسح الليزر الطول الموجي كما تراجع للحصول على الرنين المناسبة على الذبذبات.
5. الكشف عن جسيمات متناهية الصغر
ontent "> للحصول على البيانات: تكوين إعدادات الزناد الذبذبات، واستخدام البرمجيات ومحلية الصنع، وجمع آثار الذبذبات لمزيد من المعالجة.- تسجيل البيانات لحل العازلة كمرجع.
- تسجيل البيانات لحلول جسيمات متناهية الصغر من الأدنى إلى الأعلى التركيز.
- مراقبة التحولات التردد التي تحدث بسبب جسيمات متناهية الصغر ملزمة للmicrocavity.
6. بعد تجهيز البيانات
البيانات التي تم جمعها يمكن معالجتها مزيد باستخدام برنامج MATLAB الذاتي مكتوب. ينبغي البرنامج:
- قراءة آثار تداخل الإشارة وإجراء مناسبا الأقل مربع لمنحنيات جيبية. وتستخدم مراحل الجيبية المجهزة لتقدير غضب الليزر على الطاير.
- قراءة آثار انتقال تجويف وإجراء مناسبا الأقل مربع إلى وظيفة مزدوجة Lorentzian. الترددات الضوئية المقابلة لالانخفاضات الرنين (ν 1،ν 2) وعرض بشكل كامل في نصف كحد أقصى (FWHM للممثلة δν 1، δν 2) يتم تحديد بمقارنة إشارة انتقال إلى إشارة تداخل.
- الحصول على عامل الجودة من كل فرد من تراجع س ط = ν ط / ط δν، حيث i يمكن أن تكون إما 1 (صدى اليسار) أو 2 (صدى الحق).
- حساب، كما هو التقليدية، الترددات الضوئية من الانخفاضات صدى عبر الليزر فحص الجهد، حيث غلة غضب الليزر أكبر الضوضاء القياس.
- جمع متوسط تردد صدى ν متوسط = (1 + ν ν 2) / 2 وتردد الانقسام Δν = ν 2 - 1 ν لكل قياس ورسم لهم بوصفها وظيفة من الوقت. عندما تربط جسيمات متناهية الصغر على سطح microcavity، والتحولات المفاجئة من التردد على حد سواء صدى المتوسط والانقسام شو تردديونيتبول يتعين مراعاتها.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
بعد اتباع البروتوكول، آثار يمكن تجميعها وتركيبها. الشكل 3A يظهر هيكل صدى نموذجية من المكروية كما وردت في شريط الفيديو، الذي لوحظ تردد تقسيم في وسط DPBS. تناسب الأقل مربع إلى وظيفة مزدوجة Lorentzian يشير إلى أن عامل الجودة من الانخفاضات صدى اليمنى واليسرى على التوالي 2.1 × 10 8 و 3.8 × 10 8 في بيئة مائية. ويتم الحصول على الترددات الضوئية من FWHM بمقارنة الطيف تجويف مع إشارة تداخل في الشكل 3B، والتي تعطي قياس عالية الدقة لQ. ملاحظة أن الطيف بالرنين يتم الحصول عليها عند الطول الموجي الليزر الأزرق هو تحول، في حين أن الأحمر تحويل عائدات قياس القيم س مماثلة. الشكل 4 يوضح الطيفية الرنين التي يمكن أن تنتج، حيث تم حساب نوبة مزدوجة Lorentzian من منحنيات الإرسال. من حيث المعايرة، اليتم استخراج البريد الليزر الضوضاء غضب من تداخل المرجعية الأصلية وإزالة في وقت لاحق من كل من تداخل الإشارات والمكروية. في غياب الليزر غضب الإلغاء، الشكل 4A ببساطة يصور الطيفية الناتجة عن التسبب في الوديان الرنين. الانجراف الحراري يظهر على المعايرة، كما رأينا في الشكل 4C. بدلا من تحرير مساحة التداخل، انخفض نهج قياس توضيح الخسائر، ويمكن تصور أن تكون متكاملة في الصعود إلى منصة نظام على رقاقة. كميا، ويمكن قياس FSR لأنظمة التداخل في الفضاء الحر التوصل إلى الخطأ RMS من 180 كيلو هرتز لتجويف س = 1.5 × 10 8، ترجمة إلى الدقة النسبية 5.5 × 10 -6 لFSR = 32.9382 غيغاهرتز 14.
ويوضح الشكل 5 المتابعة المستمرة من متوسط الطول الموجي للصدى microcavity لفترة زمنية من ثلثي دقيقة في حالةDPBS الغمر. يظهر منحنى الرمادية التي، عندما يتم الحصول على الطول الموجي صدى بواسطة الليزر التقليدية طريقة فحص الجهد وعدم معايرة غضب من الليزر، وهناك تذبذب الطول الموجي المقاسة بناء على أمر من عشرات femtometers. باستخدام تداخل المرجعية (منحنى الخضراء)، يتم تقليل الضوضاء للنظام subfemtometer. يتم توفير التحسينات الناجمة عن الاستقرار الحراري أيضا في الشكل 5A لقياس الضوضاء المساهمات subfemtometer من تعادل غير مبرد (المنحنى الأحمر). وفي الوقت نفسه، قياس تردد الانقسام تعطي الكلمة الضجيج مماثلة لتلك التي من منحنى الرنين المتوسط. التقييمات من معدل المسح تردد الليزر بمثابة منتج ثانوي لمخطط التداخل المرجعية المخولة. كما هو مبين في الشكل 5C، وتقلبات أسعار مسح بالليزر هي بناء على أمر من 10 غيغاهرتز / ثانية. هذا يمكن أن يعزى إلى زيادة الضوضاء القياس المرتبطة الطريقة التقليدية؛ ومع ذلك، سيتم suppresse هذاد من تداخل الإشارة. الأحداث تشير إلى ملزمة من 50 نانومتر الخرز البوليسترين يمكن التقاط مزيد باستخدام المكروية، وتصنيفها في الفيديو المرفق. الخطوات لكلا متوسط صدى والتحولات تردد الانقسام واضحة للعيان.
في آخر مظاهرة نشرت 2، يعرض الشكل 6A الربط من 12.5 نانومتر، 25 نانومتر، و 50 نانومتر الخرز البوليسترين مخففة في دائرة نصف قطرها DPBS على microtoroid السيليكا. كما يمكن أن يرى، هذا الأسلوب ينتج تحسينات حساسية مماثلة. ويلاحظ خطوات أخرى متسقة لمتوسط صدى وترددات انقسام في الشكل 6B لدائرة نصف قطرها 12.5 نانومتر حبة ملزمة على سطح microtoroid.
الشكل 1. diagra المفاهيميم من الألياف موازية التكوين تداخل، تتألف جزئيا من الصور المكروية السيليكا، microtoroid، والهياكل microdisk. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
. الرقم 2-يهمس معرض آلية وضع الاستشعار: أ) يتم تعميم الفوتونات داخل microcavity في غياب جسيمات متناهية الصغر ملزمة؛ ب) تمتز A جسيمات متناهية الصغر إلى السطح ويتم أخذ عينات في وقت لاحق من الفوتونات، مما تسبب في تغير ملموس في الخصائص البصرية؛ ج) تردد تقسيم يحدث نتيجة لارتداد مبعثر راض وفقدان تجويف الظروف، وتوفير بعدا إضافيا إلى ديت جسيمات متناهية الصغر منهجية ection. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
. الشكل 3 أ) مثال على الطيف انتقال تجويف، والتي تبين عوامل الجودة من 2.1 × 10 8 لصدى إلى اليسار و 3.8 × 10 8 لصدى للحق؛ ب) إشارة التداخل المستخدمة لتحديد FWHM. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
ftp_upload/51133/51133fig4.jpg "/>
الشكل 4. المتوقعة الخام والطيفية إشارة محسنة حساسية لحل العازلة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
. الشكل 5 أ) مؤامرة من الطول الموجي الرنانة التحول مقابل الوقت وكذلك التناقضات بين باستثناء (إشارة حمراء) وبما في ذلك (إشارة خضراء) الاستقرار الحرارية؛ ب) ذات تردد الانقسام تعتمد على الوقت؛ ج) ذات معدل المسح المعتمدة على الزمن. وsubfigure الأول يصور أثر الرمادي الذي يتوافق مع البيانات لأسلوب الاجتياح الجهد التقليدية، في حين يتم الحصول التتبع الأخضر للتقنية التداخل المرجعية. لهاه، والمنحنيات الحمراء والخضراء الموجودة فوق وسجلت في تواريخ منفصلة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6 أ) جمعها المتوسط خطوات التحول الرنين لمدة 50 نانومتر (المنحنى الأحمر)، و 25 نانومتر (المنحنى الأزرق)، و 12.5 نانومتر (منحنى الخضراء) حبات نصف قطرها ملزمة لmicrotoroids السيليكا؛ ب) متوسط التحول تمشيا الرنين (أقحم العلوي) وانقسام خطوات التحول تردد (أقل أقحم)، والذي لوحظ ل12.5 نانومتر الخرز البوليسترين ملزمة لسطح microtoroid. استمدت من هذا الرقم لو وآخرون. 2 الرجاء انقرهنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هذا الإعداد الحالية قادرة على تحقيق مجموعة متنوعة من microcavities WGM، مثل microdisks، المجهرية، وmicrotoroids، دون الحاجة إلى أي مراقبة ردود الفعل لمصدر الليزر التحقيق. وهناك نسبة كبيرة إشارة إلى الضوضاء (SNR) للكشف ويمكن الحصول على ويرجع ذلك إلى التحسينات خطوة التحول التي تقدمها طول المسار والآثار الناجمة عن ارتداد مبعثر الجسيمات. بالنظر إلى البساطة والتكلفة المنخفضة للتداخل الإشارة نفسها، وهذا الأسلوب هو أسلوب فعال للدراسة أو استغلال خصائص تجاويف WGM.
بدلا من ذلك، قوة المتداولة في microcavity يمكن أن يكون الأمثل وصدى يمكن إدامته بشكل أكثر فعالية عن طريق اعتماد مرحلة التشكيل (PM) استنادا الجنيه-Drever هول (PDH) قفل التردد وتعديل السعة (AM) استنادا الحرجة اقتران ردود فعل 15. هذا، ومع ذلك، ويأتي في تكلفة إدخال التعقيد والنفقات ملموس. الضوضاء ووأيضا كذب loors للنهج PDH مؤخرا حوالي 7 FM 16، ورفع الرقم الضوضاء بما لا يقل عن أمر من حجم بالمقارنة مع تصميم مفصل في هذا البروتوكول. يمكن، كما عرضت في المحاكمات، يمكن قياس تشتت جسيمات متناهية الصغر من خلال المقاطع العرضية المعلومات تبديد تداخل التي قدمها تجويف تعزيز الطيفي تعديل السعة امتصاص الليزر (CEAMLAS) 17.
من المهم أن نلاحظ أن الحلول قد تحتوي degased غير صحيح فقاعات الهواء من قطر مشابه لذلك من العينات جسيمات متناهية الصغر. وبشكل أكثر تحديدا، فإن امتصاص مثل هذه الفقاعات إلى السطح من microcavity تؤدي الى ايجابيات كاذبة في شكل تردد التحول. مثل هذه التحف التي يصعب تمييزها عن ردود إشارة المتوقع النابعة من nanobead ملزمة. وتشمل الاعتبارات الأخرى تدفق مستقر السوائل بالقرب من تفتق لتجنب قطيعة، وكذلك establishiنانوغرام الألياف تفتق تكرار سحب الظروف لتحقيق نزاهة معقولة وموثوق فقدان الإدراج (≈ 0.5 ديسيبل).
في الماضي، تم اختبار قدرات biosensing من هذا النظام التجريبي من خلال قياس ملزمة لغير المسماة إنفلونزا A virions في DPBS. وذكرت SNR لهذا السيناريو معينة لتكون 38:1. وبالإضافة إلى ذلك ثبت المحتملة للنظام للكشف عن nanobeads البوليسترين مع كعبرة صغيرة مثل 12.5 نانومتر 2. وعموما، فإن الميزة الأساسية لمنهجية الكشف على أساس تداخل الإشارة يكمن في قدرته على رصد التحولات الطول الموجي في الوقت الحقيقي مع تقليل المساهمات خطأ من غضب التردد والليزر السيطرة على المسح الضوئي الجهد. على سبيل المثال، وإزالة الضجيج غضب وحدها زيادة SNR بمعامل 10. موضع البقع الساخنة plasmonic (plasmonic النانوية أي ملزمة، مثل nanoshells الذهب) على خط الاستواء من WGM جavity في محيط حقل زائل يعتبر وسيلة اخرى لتعزيز إشارة الكشف عن طريق ما يزيد قليلا على واحد أمر من حجمها، دون مهينة بشدة عامل الجودة 18،19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
والكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
فإن الكتاب أود أن أشكر شوان دو للبناء المخطط المفاهيمي في الشكل 1. وقد تم تمويل هذا العمل من المنح المقدمة من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث (NSERC) من كندا.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Polystyrene Microspheres | PolyScience | ||
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Life Technologies | 14190 | |
| Piezoelectric Nanopositioner System | Physik Instrumente | P-611.3S | |
| Balanced Photodetector | Thorlabs | PDB120A | |
| Photodetector | Newport | 1801-FC | |
| 3 dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-50B | |
| 10 dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-90B | |
| Drop-In Polarization Controller | General Photonics | PLC-003-S-25 | |
| Function Generator | Hewlett-Packard | 33120A | |
| Fusion Splicer | Ericsson | FSU-925 | |
| High-Speed Oscilloscope | Agilent | DS09404A | |
| Motorized Translation Stage with Controller | Thorlabs | MTS25-Z8E | |
| Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, Ø125 μm Cladding | Thorlabs | SM600 | |
| Real-Time Electrical Spectrum Analyzer | Tektronix | RSA3408B | |
| Optical Spectrum Analyzer | Agilent | 70951A | |
| 632.5 – 637 nm Tunable Laser | New Focus | TLB-6304 | |
| Filtration Pump | KNF | ||
| Ultrasonic Cleaner | Crest Ultrasonics | Powersonic 1100D | |
| Mini Vortexer | VWR | VM-3000 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Microfuge 22R |
References
- Vahala, K. J.
- Lu, T., et al. High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities. PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).
- Vollmer, F., Arnold, S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).
- Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).
- Sun, Y., Fan, X. Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement. Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).
- Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S.
- Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. Split frequency sensing methods and systems. Patent granted on. , (2013).
- Zhu, J., et al. On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator. Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).
- Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system. Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).
- Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities. Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).
- Chow, J. H., et al. Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation. Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator. Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).
- Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator. Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection. Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).
