Name: 갤러리 모드 고분자 마이크로 광 전기장 센서 글린의 개발 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: 배우세요 고분자 마이크로 광 전기장 센서를 개발하여 전기장을 광학적으로 측정하는 방법을. 유전체 마이크로스피어의 위스퍼링 갤러리 모드 변화를 활용해 고감도 측정이 가능합니다.

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이 연구는 통합 포토닉스 공학 연구 (암호화) 프로젝트 매니저로 박사 J. 스콧 로저스와 프로그램의 센터에서 미국 국방 고급 연구 프로젝트 기관의 후원을받습니다. 이 보고서에서 제공하는 정보는 반드시 위치 또는 미국 정부와 공식적인 승인의 정책이 그렇게 유추해서도 안됩니다이 반영되지 않습니다.

1. PDMS Microsphere 준비 (스피어 I) <ol><li> Polydimethylsiloxane (PDMS) 기반과 경화 에이전트는 60:1의 볼륨 비율로 혼합되어 있습니다. </li><li> 실리카 광섬유의 가닥은 약 2cm 길이, 먼저 광 스트리퍼를 사용하여 플라스틱 cladding을 박탈합니다. </li><li> 섬유의 한쪽 끝은 난방과 팁의 직경이 25-50 μm ~이 줄기 끝을 제공하기 위해 늘어납니다. </li><li> 섬유의 신장 끝은 약 2~4mm의 길이에 의해 PDMS 혼합물로 침수 된 다음 꺼냈다 있습니다. </li><li> PDMS 혼합물의 표면 장력 및 무게는 실리카 섬유의 끝에서 영역의 형성을 위해 수 있습니다. 영역의 크기는 찍어 길이와 추출 속도에 의해 제어됩니다. 범위에서이 두 매개 변수 영역의 직경을 변화시킴으로써 100 μm - 1,000 μm을 얻을 수 있습니다. </li><li> ° C 4 시간 동안 폴리의 적절한 경화 수 있도록 microsphere / 줄기 조립 그런 다음 ~ 90시 오븐에 배치됩니다메르 소재 (교차 연결된 체인을 형성하기 위해). 그림 1a는 스피어의 I.의 개략도이다 </li></ol> 2. PDMS 기반의 트리플 레이어 스피어 준비 (스피어 II) <ol><li> 60:1 PDMS의 microsphere는 내부 코어로 사용됩니다. 위 1)에 설명 된 동일한 단계이 과정에 따라 수 있습니다. </li><li> 바륨 titanate의 혼합물은 (BaTiO 3) 나노 입자와 60:1 PDMS는 중간 레이어로 사용됩니다. 위의 1.1에 설명 된 동일한 방법)에 준비 PDMS 혼합물은, 바륨 titanate 나노 입자과 혼합되어 있습니다. </li><li> 2.1에 설명 된 PDMS의 microsphere 코어)이 후 코트를 (~ 10 μm의 레이어 공칭 두께)에 PDMS-바륨 titanate 혼합물을 과감하게된다. </li><li> 다음, 두 레이어 영역은 ~ 90시 ° C 두 번째 계층의 적절한 경화를 허용하는 4 시간에 오븐에 배치되어 있습니다. </li><li> 두 레이어 영역이 완치되면, 다시 외부 코팅 (3 층)을 제공하는 60:1 PDMS의 혼합물에 몰두하고 있습니다. 이 바깥 쪽층은 구형 광학 가이드 (~ 10 μm의 두께)로 제공하고 있습니다. 그림 1b는 스피어 II의 개략도이다. </li></ol> 3. 실리카 / PDMS의 Microsphere 준비 (스피어 III) <ol><li> 실리카 단일 모드 광섬유의 ~ 3cm 길이 섹션은 우선 버퍼 (플라스틱) 코팅을 박탈되어 다음의 팁은 마이크로 횃불 (함께 cladding와 코어)를 사용하여 녹입니다. 표면 장력과 중력이 영역에 녹인 팁을 형성하기 위해 함께 작동합니다. 200-500 μm에 이르기까지 직경과 영역이 프로세스를 구할 수 있습니다. </li><li> 실리카 microsphere 그런 다음 ~ 50 μm의 코트로 충당하기 위해 (경화 에이전트없이) PDMS 기반의 욕조에 몰두하고 있습니다. 이 외부 층은 높은 점성 빙햄 (항복 응력) 액체로 유지합니다. 그림 1C는 스피어 III의 개략도이다. </li></ol> 4. 광학 섬유 준비 <ol><li> 단일 모드 광섬유의 부분은 그 플라스틱 CIA의 제거입니다광학 스트리퍼를 사용하여 딩. 이 (cladding와 섬유 코어 모두) 용융 될 때까지 섬유의 마이크로 횃불 줄무늬 섹션을 사용하면 가열합니다. </li><li> 중간 섹션 용융이지만, 광섬유의 한쪽 끝이 약 1cm 긴 섬유의 테이퍼 부분을 형성하기 위해 축을 따라 당겨 있습니다. 난방의 기간은, 당기는 속도와 거리가 10 ~ 20 μm를 범위 테이퍼 부분의 직경을 결정합니다. DFB 레이저에서 빛이 섬유의 테이퍼 섹션을 통해 영역으로 연결된다. 그림 2는 구형 섬유 커플 링을 보여줍니다. </li></ol> 5. 광전자 설정 <ol><li> 조정할 수 DFB 레이저의 출력은 한쪽 끝에서 단일 모드 광섬유로 연결되고 그림 3과 같이 다른 쪽 끝에서 빠르게 광 다이오드에 종료됩니다. </li><li> 포토 다이오드의 출력은 아날로그 - 디지털 변환기를 (A / D)를 사용하여 디지털화 및 개인용 컴퓨터 (PC)에 저장됩니다. </li><li&gt; 마이크로 번역 단계를 사용하여 microsphere (유형 I, II 또는 III)은 두개의 요소 사이에 광학 커플 링을 제공하는 광학 섬유의 테이퍼 부분 (도 2 및도 3)과 접촉에서 제기된다. </li><li> DFB 레이저는 레이저 컨트롤러에 의해 조정된다. 차례 레이저 컨트롤러는 톱니 전압 입력을 제공하는 함수 발생기에 의해 구동됩니다. </li></ol> 6. 전기 필드 생성 <ol><li> 1mm의 두께로 두 사각형 황동 플레이트 (2 X 2cm) 균일 한 전기장을 생성하는 데 사용됩니다. 플레이트는 전압 공급 장치에 연결되어 구형 센서는 두 개의 플레이트 (그림 4) 사이의 간격에 배치됩니다. </li><li> 측정 감도를 높이기 위해, 분야가 먼저 2 시간 1 MV / m의 전기장에 poled 있습니다. </li></ol>

<ol><li>von Klitzing, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+whispering+gallery+modes+for+spectroscopy+and+CQED+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22New+journal+of+physics%22%5BJournal%5D)">Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments.</a> New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).</li>
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<li>Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+photonic+wall+pressure+sensor+for+fluid+mechanics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+scientific+instrumentation%22%5BJournal%5D)">A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications.</a> Review of scientific instrumentation. 83, 105003(2012).</li>
</ol>

우리는 공개 할 아무 것도 없습니다.

분야는 처음에 DC 고전압 공급 장치에 전극을 연결하여 poled 있습니다. poling 기간의 끝에서 전극 리드는 DC 전압 공급 장치에서 연결이 끊어되며 그림 4에 표시된대로 함수 발생기에 연결되어 있습니다. 결과는 긍정적이고 부정적인 전기 필드 (poling의 방향에 대해) 각각 영역의 연신율 및 압축 될 것으로 8 쇼를 통해 그림 5에 제시했다. 단일 층 60:1 PDMS입니다 영역의 I는 1.7 PM / (KV / m)의 전기장 감도 있습니다. 감도에 상당한 개선이 다층 영역을 사용하여 얻어진다. 영역 II 2.5 PM / (KV / m)의 전기장 감도를 제공합니다. 그러나 훨씬 더 높은 감도 스피어 III (소프트, 이윤율 스트레스 액체 외부 층으로 인해 ~ 오후 12시 2분 / (V / m). 보수적 인 가정으로 최소 측정 WGM 이동이 δλ = λ / Q, 전형적인 것을 함께 얻을 수 있습니다 WGM 센서의...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 (선택 사항) </td></tr><tr><td> PDMS </td><td> 다우 코닝 </td><td> Sylgard 184 </td><td></td></tr><tr><td> 실리카 섬유 </td><td> 섬유 악기 판매 </td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td> 바륨 Titanate (BaTiO 3) 나노 입자 </td><td> 시그마 알드리치 </td><td> 467634-100G </td><td></td></tr><tr><td> 레이저 컨트롤러 </td><td> ILX Lightwave </td><td> LDC-3724B </td><td></td></tr><tr><td> DFB 레이저 </td><td> 기어 </td><td> 기어 2300 </td><td> 1.310 μm 중심 파장 </td></tr><tr><td> 포토 다이오드 </td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / D 카드 </td><td> 내쇼날 인스트루먼트 </td><td> PXI 6115 </td><td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

갤러리 모드 고분자 마이크로 광 전기장 센서 글린의 개발

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

유전체 마이크로 충치의 광학 모드는 응용 프로그램의 다양한에서 자신의 가능성에 대한 최근 몇 년 동안 상당한 관심을 받았습니다. 광학 모드는 자주 (WGM) 또는 &quot;형태 의존 resonances&quot;(MDR)과 높은 광학 품질 요소를 나타내는 &quot;갤러리 모드를 속삭이면서&quot;로 지칭합니다. 마이크로 캐비티 광 resonators의 일부 제안 된 응용 프로그램은 분광법 1 마이크로 캐비티 레이저 기술 2, 광 통신 3-6뿐만 아니라 센서 기술에 있습니다. WGM 기반의 센서 응용 프로그램은 생물학 7, 추적 가스 검출 8 그와 액체 9 불순물 검출이 포함되어 있습니다. microsphere의 resonators에 따라 기계적 센서는 힘 10,11, 압력 12, 가속 13 벽 전단 응력 14을 포함하여 제안되어왔다. 현재에는, 우리는 이전 studi을 토대로 WGM 기반의 전기장 센서를 검증에스 15,16. 이 센서의 후보 응용 프로그램은 neuronal 행동 잠재력의 검출에 있습니다. 전기장 센서는 고분자 다층 유전체 마이크로을 기반으로합니다. 외부 전기장은 탄성 변형에 이르는 영역 (electrostriction 효과)에 표면과 신체 힘을 유도한다. 분야의 형태의 변경은 WGM의 변화로 연결됩니다. 전기장 유도 WGM의 변화는 레이저 빛으로 분야의 흥미로운 광학 모드에 의해 심문을하고 있습니다. 배포 의견의 빛은 (DFB) 레이저 (~ 1.3 μm의 공칭 파장) 단일 모드 광섬유의 테이퍼 섹션을 사용하여 마이크로에 사이드 커플 링입니다. 분야의 기본 자료는 polydimethylsiloxane (PDMS)입니다. 세 microsphere의 형상이 사용됩니다 : 기본 - 투 - 경화 에이전트 혼합물의 60:1 용적 비율 (1) PDMS의 영역, 60:1 PDMS 핵심 (2) 멀티 레이어 영역을 일의 일정 유전체을 향상시키기 위해전자 분야, 바륨 titanate의 다양한 양의 (볼륨의 2 % 10 %) 및 ​​60:1 PDMS의 외부 층과 얇은 층으로 코팅 (3) 고체 실리카 구체와 혼합 60:1 PDMS의 중간 층 uncured PDMS 기지. 센서의 각 유형에서 테이퍼 광섬유에서 레이저 광은 높은 광학 품질 요소 WGM (Q ~ 10 6) 제공하는 가장 바깥 층에 연결된다. 마이크로은 전기장에 대한 자신의 감도를 높이기 위해 ~ 1 MV / m의 전기장에 여러 시간 동안 poled 있습니다.

빛에 의해 여행 광학 경로 길이는 레이저 파장의 여러 정수 때 영역의 광학 모드 (WGM)은 레이저 빛 예정입니다. 그림 3에 표시된 배열은 광학 경로 길이는 각각 N과 R이 영역의 굴절률과 반경 아르 2πrn,입니다. 기하학적 광학 근사치를 사용 WGM 조건이 만족 될 때 2πrn = lλ 내가 정수이며, λ는 레이저의 파장입니다. DFB 레이저는 작은 파장 범위에 걸쳐 조정되기 때문에, 유전체 영역의 광학 모드 (WGM)는 날카로 보는 광섬유를 통해 스펙트럼 딥. 영역은 외부 전기장에 의한 탄성 변형을 겪 때, 전송 스펙트럼 변화에서 수영의 위치. 그림 5는 전형적인 전송 스펙트럼과에 의한 외부 전기장에 WGM 이동을 보여줍니다900 μm 직경의 60:1 PDMS의 영역. 50 KV / m의 전기 필드가 설정되어 있으면 전송 스펙트럼에서 수영으로 볼 WGM 광학 모드, 영역이 필드 방...

높은 감도 광자 마이크로 센서는 전기장 감지하기 위해 개발되었습니다. 센서는 유전체 영역의 광학 모드를 이용하는. 외부 전기장 교란의 광학 모드의 변화로 이어지는 영역의 형태의 변화. 전기장 강도는 이러한 광학 변화를 모니터링하여 측정됩니다.

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

다음 실험의 목적은 Whispering Gallery 모드 또는 WGM 현상을 사용하여 전기장을 광학적으로 측정하는 것입니다. 이것은 단일 모드 광섬유를 사용하여 유전체 미세구의 광학 모드를 여기시킴으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 외부 필드가 미세구에 적용되어 미세구의 WGM이 이동합니다.다음으로, WGM 이동과 인가된 전기장의 크기를 PC에 기록합니다. 얻은 결과는 WGM 이동과 적용된 전기장 사이의 관계를 보여줍니다. 이 기술의 주요 장점은 센서가 훨씬 작고, 훨씬 적은 전력을 소비하며, 측정 감도가 크게 향상된다는 것입니다.최근 광통신 기술의 발전에 영감을 받아 이 방법은 국토, 보안, 국방, 번개 예측 및 신경 과학을 포함한 더 넓은 범위의 분야에서 사용할 수 있습니다. 이 방법의 시각적 시연은 구와 광섬유 사이의 정확한 위치가 필요하기 때문에 구와 광섬유 사이의 좋은 광 결합을 달성하는 것이 학습하기 어려울 수 있으므로 매우 중요합니다. 여기에서 세 가지 유형의 마이크로스피어 센서를 연구합니다. 유형 1 구를 준비하려면 폴리 디메틸 슬론 또는 PDMS 베이스와 경화제 S 가드 1 8 4 실리카 및 엘라스토머 혼합물 PDMS 베이스와 경화제를 60:1의 부피 비율로 시작합니다.다음으로, 광학 스트리퍼를 사용하여 플라스틱 재킷에서 2cm 가닥의 실리카 광섬유를 벗겨냅니다. 부탄 토치로 섬유의 한쪽 끝을 가열하고 직경이 약 25-50마이크로미터인 줄기 끝을 제공하도록 늘립니다. 구를 만들려면 끝에서 광섬유의 늘어난 끝을 PDMS 혼합물에 2-4mm 깊이로 담근 다음 혼합물에서 광섬유의 최종 깊이를 빼내고 추출하는 속도를 제어하고 구의 크기를 제어하고 이 두 매개변수를 묻어 100-1000 마이크로미터 범위의 구 직경을 얻습니다.마지막으로, 마이크로스피어와 스템 어셈블리를 섭씨 약 90도의 오븐에 4시간 동안 넣어 유형 2 트리플 AO 구체에 대한 폴리머 재료가 적절하게 경화될 수 있도록 합니다. A-P-D-M-S 마이크로스피어 구(lamina flow hood) 아래에 유형 1을 놓고 마스크를 사용하여 약 2%에서 약 10%의 부피의 바륨 타이탄 8개 나노 입자를 60:1 PDMS에 추가하고 미세구를 만드는 데 사용되는 경화제 혼합물을 추가합니다. 이 혼합물은 중간층을 형성합니다.사용된 양은 구의 유전 특성을 결정합니다. PDMS 마이크로스피어를 PDS 바륨 티타네이트 혼합물에 담그고 약 10마이크로미

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Biosensors은 복잡한 생물 학적 환경과 인터페이스 및 표면 변형을 통해 센서에 부착된 매우 구체적인 프로브와 고감도 센서를 결합하여 타겟 검색을 수행합니다. 여기서는 센서 및 생물 학적 환경을 해소하기 위해 실란 커플링 에이전트를 이용하여 비오틴과 실리카 광 센서의 표면 작용화를 보여줍니다.

실란 커플링 에이전트를 사용하여 실리카 광 Biosensors에 생물 학적 프로브를 부착

형광 코어 microcavity 센서는 실리카 microcapillaries의 채널에 높은 지수 양자 점 코팅을 채용하고 있습니다. 모세관 채널 원인으로 펌프 유체의 굴절률의 변화는 채널 매체를 분석하는 데 사용할 수있는 microcavity의 형광 스펙트럼에 주던 사람이야.

Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

매우 높은 Q의 속삭이는 갤러리 모드 공진기를 기반으로 전자 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 실험실에서 개발 한 사용자 정의 방법이 제시되어 있습니다. 이러한 공진기를 얻고 특성화 프로토콜을 자세히 설명하고, 전자 포토닉스의 응용 프로그램을 일부 설명이 제공됩니다.

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

nanodetection 대​​한 바람직하지 않은 레이저 지터 노이즈를 제거하도록 설계 기준 간섭계 기술은, 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 프로빙에 이용된다. 어셈블리, 설정 및 데이터 수집을위한 지침은 캐비티 품질 계수를 특정하기위한 측정 과정과 함께 제공된다.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

파라메트릭 광기계 여기(parametric optomechanical excitations)는 최근 광학 방사선 압력과 자극된 브릴루인 산란(Brillouin scattering)을 통해 미세유체 광기계 공진기에서 실험적으로 입증되었습니다. 이 논문은 이러한 미세유체 공진기의 제작과 함께 광기계적 진동을 생성하고 검증하는 방법론에 대해 설명합니다.

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

3 차 광학 비선형 감수성과 관련된 비선형 현상의 효율적인 생성 Χ (3) 삼중 공진 실리카 마이크로 스피어의 상호 작용이 논문에 제시되어있다. 보고 여기의 상호 작용은 다음과 같습니다 자극 된 라만 산란 (SRS) 및 자극 된 안티 - 스톡스 라만 산란 (SARS)를 포함하는 네 개의 파 혼합 처리합니다.

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

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사라져가는 필드를 기반 Photoacoustics : 광학 특성 평가 표면에

폴리머로부터 마이크로 스피어 합성, 마이크로 스피어 조작 및 마이크로 포토 루미 네 슨 측정을위한 프로토콜이 제시됩니다.

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레이저 도플러 신발 (LDV), 튜닝, 튜닝 기능, 및 장치 실패 및 stiction, 회피의 수정 하는 주파수 측정을 포함 하 여를 사용 하는 고정-고정 빔 디자인에 대 한 프로토콜 제공 됩니다. 네트워크 분석기를 통해 LDV 방법의 우수성 때문에 그것의 더 높은 모드 기능 시연입니다.

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이 기사에서는 설계에서 제조, 특성화에 이르기까지 질화규소 멤브레인 공진기의 수명 주기를 추적합니다.

High-Q 질화규소 멤브레인 공진기의 제작 및 특성화

배우세요 고분자 마이크로 광 전기장 센서를 개발하여 전기장을 광학적으로 측정하는 방법을. 유전체 마이크로스피어의 위스퍼링 갤러리 모드 변화를 활용해 고감도 측정이 가능합니다.

갤러리 모드 고분자 마이크로 광 전기장 센서 글린의 개발

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