回音壁模式聚合物微光学电场传感器的发展

以下实验的目的是使用 Whispering Gallery 模式或 WGM 现象对电场进行光学测量。这是通过使用单模光纤激发介电微球的光学模式来实现的。作为第二步，将外场施加到微球上，这会导致微球的 WGM 发生偏移。

接下来，在 PC 上记录 WGM 偏移和外加电场的大小。获得的结果显示了 WGM 偏移与施加的电场之间的关系。这种技术的主要优点是传感器体积更小，功耗更低，并且测量灵敏度得到显著提高。

它受到光通信技术最新发展的启发，这种方法可以用于更广泛的领域，包括 oland、安全、防御、闪电预测和神经科学这种方法的视觉演示至关重要，因为在球体和光纤之间实现良好的光耦合可能很难学习，因为球体和光纤之间需要精确位置。这里研究了三种类型的微球传感器。要制备 1 型球体，首先使用聚二甲基 Sloane 或 PDMS 基料和固化剂 S guard 1 8 4 二氧化硅和弹性体混合 PDMS 基料和固化剂，体积比为 60：1。

接下来，使用光学剥线钳从他的塑料护套上剥去一根两厘米长的二氧化硅光纤。用丁烷炬加热纤维的一端，然后将其拉伸，以提供直径约为 25 至 50 微米的茎端。在尖端形成一个球体，将纤维的拉伸端浸入 PDMS 混合物中至 2 到 4 毫米的深度，然后将其拉出混合物中纤维的最终深度和提取速度，控制球体的大小，埋入这两个参数以获得 100 到 1000 微米范围内的球体直径。

最后，将微球和杆组件放入约 90 摄氏度的烘箱中 4 小时，以使 2 型三重 AO 球体的聚合物材料正确固化。从 A-P-D-M-S 微球开始，在层流罩下键入 1，并使用掩模将大约 2% 至大约 10% 体积的钡 Titan 8 纳米颗粒添加到 60：1 的 PDMS 和固化剂混合物中用于制造微球。这种混合物将形成中间层。

使用的数量将决定球体的介电特性。将 PDMS 微球浸入 PDS 钛酸钡混合物中，使其涂有标称厚度约为 10 微米的层。接下来，将两层球体放入烤箱中，约 90 摄氏度烘箱 4 小时，以使第二层适当固化。

一旦两层球体固化并冷却至室温，将其再次浸入 60：1 的 PDMS 混合物中，以提供约 10 微米的第三个外层。这个最外层将用作 3 型二氧化硅的球形光学导向。PDMS 微球。

首先准备一个纯 PDMS 空间浴。从单模二氧化硅光纤开始，使用光剥离器从末端剥离一段 3 厘米长的塑料缓冲涂层。使用割炬熔化纤维的末端，包括利用表面张力和重力形状的包层和纤芯。

氧化硅球体尺寸从 200 到 500 微米不等，在制造后可以从熔化的尖端成型。将二氧化硅微球浸入 PDMS 底座中，用大约 50 微米的涂层覆盖它。该外层保持为光纤制备的高粘度屈服应力流体。

同样，从单模光纤的长度开始，使用光剥离器去除中间某处 3 到 4 厘米的塑料缓冲器。使用微型火炬加热光纤的条带部分，直到包层和光纤芯熔化。当纤芯熔化时，沿其轴线拉动光纤的一端，形成约 1 至 2 厘米长的锥形截面。

锥形区域的直径由加热的持续时间、拉动速度和拉动的距离决定。直径范围在 10 到 20 微米之间。为了探测系统，将标称波长为 1.3 微米的近红外可调谐分布式反馈激光器的输出耦合到准备好的单模光纤的一端。

另一端应端接在快速光电二极管上。光电二极管输出被数字化并存储在计算机上。使用微平移台使 1 型、2 型或 3 型微球之一与光纤的锥形部分接触，以在两个元件之间提供光学耦合。

具有函数发生器输出，锯齿电压幅度约为 600 毫伏，频率为 1 千赫兹。这是 DFB 激光控制器的输入。使用两块 2 厘米 x 2 厘米的黄铜板产生大致均匀的电场，每块黄铜板的厚度为 1 毫米。

它们被布置为平行板电容器并连接到电压电源。球形传感器放置在板之间的间隙中。也可以使用长时间的高电场来提高传感器的测量灵敏度。

为了实现这一点，球体在每米 1 兆伏的电场中放置两个小时，然后测量透射光波长的变化。在显示的数据中，有证据表明，在电场存在的情况下，1 型球体的几何形状发生了变化。该图显示了谐波场扰动下 1 型球体的 Whispering Gallery 模式偏移，以及同一球体的 Whispering Gallery 模式偏移与电场幅度的关系。

这里显示的是 2 型球体和谐波场扰动的耳语廊模式偏移，以及 2 型球体的耳语廊模式偏移与电场幅度的关系。请注意，与 1 型球体相比，灵敏度有所提高。这里显示的是 3 型球体和谐波场扰动的 Whispering Gallery 模式偏移。

最后，Whispering Gallery 模式偏移与电场幅度的关系。对于类型 3 球体显示此类型具有最大的灵敏度。这项技术的一位大师可以在几个小时内完成，如果执行得当，包括球体和纤维的准备。

在执行此程序时，重要的是不要按照此程序污染球体表面。可以开发其他基于 WGM 偏移的测量技术，例如用于磁场检测的技术。