微流控光机械振荡器的制备与测试

本实验的总体目标是制备并演示在流体相介质中工作的光机械振荡器。首先，在二氧化碳激光照射下，通过加热和拉伸熔融石英玻璃毛细管预制件来制备微流控光机械谐振器；第二步是将制备好的器件安装固定，以进行测试。

接下来，使用二极管激光器通过锥形光纤对所制备器件的光学回音壁模式进行泵浦。最终，通过对输出光信号进行电子谱分析，展示流体中通过机械模式实现的光机械相互作用与传感。这些器件提供了此前无法实现的能力，即可利用液相材料开展光机械实验。

通常，初次接触该方法的研究人员会面临困难，因为器件制备、工艺流程、所需条件、操作练习以及制备参数均需优化。该方法的演示至关重要，因为驱动微流控谐振器并识别其光机械模式较难掌握。微流控谐振器的制备将通过加热并拉伸玻璃毛细管预制件来完成，以实现第一步的对准。

两个可通过软件控制的线性平移台，使其沿同一直线移动。两者应相隔几厘米，以便毛细管能够跨越其间隙。

应调整载物台上的样品架，使其能够沿轴线固定毛细管。沿载物台运动方向，在开始前将使用两束CO2激光器进行加热。操作高功率激光器时应采取适当的安全防护措施。

然后调整激光器的输出方向，使它们对准线性平台间隙中的同一位置，该位置应为将要悬挂毛细管的点。在目标点之后使用光束阻挡块以阻断激光束。

使用软件同时控制两个平移台以及两台 CO2 激光器的输出功率。在此装置中，当一个平移台快速移动（约 10 毫米/秒），另一个平移台以较慢速度（约 0.5 毫米/秒）同向移动，从而向加热区域持续供给更多材料时，可稳定制备出毛细管。

两台激光器均设置为4.5瓦，进行三秒的预热。随后在绘制过程中使用五瓦或更高功率。为制备谐振器，使用熔融石英毛细管预制棒，截取一段长度，使其能够在直线平移台的两个样品夹具之间连接，长度约为两到四厘米。

接下来，将毛细管连接到样品架上，使激光照射区域大致位于毛细管长度的中间位置。然后启动控制软件开始操作。

激光对毛细管进行三秒钟的预热。然后拉制毛细管约10秒钟。当过程结束后，仅通过操作未拉伸的粗端来取下已拉制的毛细管，以防止污染。

将毛细管悬挂，使洁净的共振器表面悬于空气中。通过调整拉制参数并重复制备过程，制备不同直径的毛细管，确保毛细管通畅。准备一个浅盘盛水，并备好注射器。

小心拿起一根制备好的毛细管，将一端浸入水中。用注射器从另一端吹入空气。若有气泡产生，表明毛细管是通畅的。

在测试毛细管之前，必须制作一个用于固定毛细管的支架。为此，从载玻片上切割出三块尺寸为1厘米×0.5厘米的玻璃片。此外，再从载玻片上切割出一块尺寸为3厘米×0.5厘米的玻璃片。

然后使用玻璃粘合剂或万能胶将这些部件组装成一个 eha。接着，从拉制好的毛细管上截取一段，使其长度足以跨越 U 形支架上两个相邻分支之间的距离，并能延伸超出这两个分支。使用光学粘合剂将毛细管固定，使毛细管的两端分别延伸超出支架的两个分支，而其中部则悬空于两者之间。

然后使用LED紫外固化灯照射光学胶，直至完全固化，所需时间约为10秒。接着，准备一段内径略大于毛细管的塑料管，小心地将塑料管套在已安装的毛细管两端。

再次使用光学胶将毛细管与连接处密封，并用紫外光固化。固化后，即可准备安装组装件。利用第三个未使用的玻璃支管来夹紧结构以固定位置。

本实验使用了一台波长可调的光纤耦合红外激光器，并将其连接至函数发生器，用于周期性扫描激光波长。激光输出首先通过一个偏振控制器。

随后，光被耦合至一根单模通信波段锥形光纤波导，该波导靠近一个纳米定位平台。经过锥形光纤后，光通过衰减器，以保护下游的分析设备。在本实验中，经过衰减器后，光被引导至连接到电学频谱分析仪和示波器的光电探测器。

开始实验时，先稳定激光器并启动激光束波长的扫描。接着取出已安装的毛细管谐振器，将其安装在靠近锥形光纤的纳米定位平台上的毛细管谐振器支架中。然后小心移动该平台，使谐振器与锥形光纤相距约一微米，以实现倏逝波耦合。

当在示波器上观察激光透射随时间变化的波长扫描时，透射信号中的下陷表明存在倏逝耦合和共振现象。使用频谱分析仪搜索输入激光与散射光之间的时间干涉。该拍频信号出现在机械振荡频率处。

在此示例中，通过辐射压力在毛细管中激发一个频率为 24.94 兆赫的机械模式，并通过关闭激光频率扫描并控制激光波长，尝试将其锁定到相应的光学模式以实现机械振荡。在连续波模式下，当存在机械模式时，示波器上将出现周期性信号。一旦掌握相关技术，若操作得当，器件的制备和测试可在约 45 分钟内完成。

在进行该操作时，必须注意切勿用手动方式接触谐振器和锥形光纤，即使使用镊子也不允许，以保持表面的清洁。自该技术发展以来，已为腔光力学领域的研究人员探索流体和生物分析物的新相互作用开辟了道路。