تطوير يهمس معرض البوليمرية وضع مايكرو البصرية مجسات المجال الكهربائي

الهدف من التجربة التالية هو قياس مجال كهربائي بصريا باستخدام وضع Whispering Gallery أو ظاهرة WGM. يتم تحقيق ذلك من خلال إثارة الأوضاع البصرية للكرة المجهرية العازلة ، باستخدام ألياف ضوئية أحادية الوضع. كخطوة ثانية ، يتم تطبيق مجال خارجي على الكرة المجهرية ، مما يؤدي إلى تحول في WGM للكرة المجهرية.

بعد ذلك ، يتم تسجيل تحولات WGM وحجم المجال الكهربائي المطبق على جهاز كمبيوتر. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها العلاقة بين تحولات WGM والمجال الكهربائي المطبق. تتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في أن المستشعرات أصغر بكثير ، وتستهلك طاقة أقل بكثير ، وهناك تحسن كبير في حساسية القياس.

كانت مستوحاة من التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الاتصالات البصرية ، هذه الطريقة التي يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من المجالات ، بما في ذلك الأرض ، والأمن ، والدفاع ، والتنبؤ بالبرق ، وعلم الأعصاب يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث أن تحقيق اقتران جيد للضوء بين الكرة والألياف قد يكون من الصعب تعلمه بسبب الحاجة إلى وضع دقيق بين الكرة والألياف. تتم دراسة ثلاثة أنواع من مستشعرات الكرة المجهرية هنا. لتحضير كرة من النوع الأول ، ابدأ بقاعدة بولي ثنائي ميثيل سلون أو PDMS وعامل المعالجة S guard 1 8 4 مزيج السيليكا واللدائن قاعدة PDMS وعامل المعالجة بنسبة حجم 60 إلى واحد.

بعد ذلك ، استخدم متجردا بصريا لتجريد خيط بطول سنتيمترين من الألياف الضوئية للسيليكا من سترته البلاستيكية. قم بتسخين أحد طرفي الألياف بشعلة البوتان وقم بتمديدها لتوفير نهاية جذعية يبلغ قطرها حوالي 25 إلى 50 ميكرومتر. عند الطرف لإنشاء كرة ، اغمس الطرف الممتد للألياف في خليط PDMS على عمق من ملليمترين إلى أربعة ملليمترات ، ثم اسحبه للخارج من العمق النهائي للألياف في الخليط والسرعة التي يتم استخراجها بها ، ويتحكم في حجم الكرة ، ودفن هاتين المعلمتين للحصول على أقطار الكرة في نطاق 100 إلى 1000 ميكرومتر.

أخيرا ، ضع مجموعة الكرة المجهرية والساق في فرن حوالي 90 درجة مئوية لمدة أربع ساعات للسماح بالمعالجة المناسبة لمادة البوليمر لكرات AO الثلاثية من النوع الثاني. ابدأ بالكرة المجهرية A-P-D-M-S ، اكتب واحدا تحت غطاء تدفق الصفيحة ، وباستخدام قناع أضف ما بين حوالي 2٪ إلى حوالي 10٪ من حجم الباريوم تيتان ثمانية جسيمات نانوية إلى 60 إلى واحد PDMS وخليط عامل المعالجة المستخدم لإنشاء الكرة المجهرية. سيشكل هذا الخليط الطبقة الوسطى.

ستحدد الكمية المستخدمة الخصائص العازلة للكرة. اغمس الكرة المجهرية PDMS في خليط تيتانات الباريوم PDS لتغطيتها بطبقة بسماكة اسمية تبلغ حوالي 10 ميكرومتر. بعد ذلك ، ضع الكرة المكونة من طبقتين في فرن ، حوالي 90 درجة مئوية لمدة أربع ساعات للسماح بالمعالجة المناسبة للطبقة الثانية.

بمجرد معالجة الكرة المكونة من طبقتين وتبريدها إلى درجة حرارة الغرفة ، اغمرها مرة أخرى في خليط PDMS من 60 إلى واحد لتوفير طبقة خارجية ثالثة تبلغ حوالي 10 ميكرومتر. ستكون هذه الطبقة الخارجية بمثابة دليل بصري كروي للسيليكا من النوع الثالث. الكريات المجهرية PDMS.

ابدأ بإعداد حمام من مساحة PDMS النقية. ابدأ بألياف ضوئية من السيليكا أحادية الوضع ، واستخدم أداة تجرد بصرية لتجريد جزء بطول ثلاثة سنتيمترات من الطلاء العازل البلاستيكي من نهايته. استخدم شعلة لإذابة نهاية الألياف ، بما في ذلك الكسوة واللب باستخدام التوتر السطحي وشكل الجاذبية.

يمكن تشكيل كرات السيليكا الكروية التي تتراوح من 200 إلى 500 ميكرومتر من الطرف المنصهر بعد التصنيع. يتم غمر كرة السيليكا المجهرية في قاعدة PDMS لتغطيتها بطبقة يبلغ طولها حوالي 50 ميكرومتر. تبقى هذه الطبقة الخارجية كسائل إجهاد عالي اللزوجة لإعداد الألياف الضوئية.

مرة أخرى ، ابدأ بطول الألياف الضوئية أحادية الوضع واستخدم أداة متجردة بصرية لإزالة ثلاثة إلى أربعة سنتيمترات من المخزن المؤقت البلاستيكي في مكان ما في المنتصف. استخدم شعلة صغيرة لتسخين قسم الشريط من الألياف حتى تذوب الكسوة ولب الألياف. عندما يكون اللب منصهرة ، اسحب أحد طرفي الألياف الضوئية على طول محورها لتشكيل قسم مدبب يبلغ طوله حوالي سنتيمتر إلى سنتيمترين.

يتم تحديد قطر المنطقة المدببة من خلال مدة التسخين وسرعة السحب ومسافة السحب. يتراوح نطاق الأقطار بين 10 و 20 ميكرومتر. لاستكشاف النظام ، قم بإقران إخراج ليزر التغذية المرتدة الموزع القابل للضبط في الأشعة تحت الحمراء القريبة بطول موجي اسمي يبلغ 1.3 ميكرون في أحد طرفي الألياف الضوئية أحادية الوضع المحضرة.

يجب إنهاء الطرف الآخر عند الصمام الثنائي للصور السريع. يتم رقمنة إخراج الصمام الثنائي للصور وتخزينه على جهاز كمبيوتر. استخدم مرحلة الترجمة الدقيقة لجعل أحد الكريات المجهرية من النوع الأول أو الثاني أو الثالث على اتصال مع القسم المدبب من الألياف الضوئية لتوفير اقتران بصري بين العنصرين.

مع إخراج مولد وظيفة ، جهد سن المنشار يبلغ حوالي 600 مللي فولت وتردد كيلو هرتز واحد. هذا هو الإدخال إلى وحدة التحكم بالليزر DFB. يتم إنشاء مجال كهربائي موحد تقريبا باستخدام لوحين نحاسيين بحجم سنتيمترين في سنتيمترين ، يبلغ سمك كل منهما ملليمتر واحد.

يتم ترتيبها كمكثف لوحة متوازية وتوصيلها بمصدر جهد. يتم وضع مستشعرات المجال في الفجوة بين الألواح. يمكن أيضا استخدام مجال كهربائي عالي مطول لزيادة حساسية القياس لأجهزة الاستشعار.

لتحقيق هذا المكان ، تقوم الكرات في مجال كهربائي بقوة واحدة ميجا فولت لكل متر لمدة ساعتين قبل قياسات التحول في الطول الموجي للضوء المرسل. يوجد في البيانات الموضحة هنا دليل على حدوث تغيير في هندسة الكرة من النوع الأول في وجود مجال كهربائي. تظهر هذه المؤامرة تحول وضع معرض الهمس لكرة من النوع الأول تحت اضطراب المجال التوافقي وتحول وضع معرض الهمس مقابل سعة المجال الكهربائي لنفس المجال.

يظهر هنا تحول وضع معرض الهمس لكرة من النوع الثاني واضطراب المجال التوافقي ، وتحول وضع المعرض الهمس مقابل سعة المجال الكهربائي لكرة من النوع الثاني. لاحظ أن هناك زيادة في الحساسية مقارنة بالكرة من النوع الأول. يظهر هنا تحول وضع معرض الهمس لكرة من النوع الثالث واضطراب المجال التوافقي.

وأخيرا ، تحول وضع Whispering Gallery مقابل سعة المجال الكهربائي. بالنسبة للنوع الثالث يظهر هذا النوع لديه أكبر حساسية. يمكن عمل سيد واحد في هذه التقنية في عدة ساعات ، بما في ذلك تحضير الكرة والألياف إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

أثناء تنفيذ هذا الإجراء ، من المهم عدم تلوث سطح الكرة باتباع هذا الإجراء. يمكن تطوير تقنيات قياس أخرى تعتمد على تحولات WGM مثل تلك الخاصة باكتشاف المجال المغناطيسي.