Name: Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung mikrofluidischer optomechanischer Resonatoren durch CO2-Laser-Beleuchtung und das Nachweisen von Oszillationen in fluiden Medien. Diese Methode ermöglicht neue Experimente in der Optomechanik.

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Diese Arbeit wurde durch Startup-Finanzierung von der University of Illinois in Urbana-Champaign, das DARPA ORCHID-Programm durch einen Zuschuss von AFOSR, die National Science Foundation durch das Stipendium CMMI-1265164 und das National Science Foundation Graduate Research Fellowship-Programm finanziert. Wir danken für die aufschlussreichen Diskussionen mit Prof. Jack Harris, Prof. Pierre Meystre, Dr. Matt Eichenfield, Prof. Taher Saif und Prof. Rashid Bashir.

1. Herstellung von Ultra-high-Q Mikrofluidik-Resonatoren <ol><li> Vorbereitung der Kapillare Fertigungseinstellung <ol><li> Herstellung der mikrofluidischen optomechanischen Resonator in der folgenden Weise -. Erhitzen Sie eine Glaskapillare Vorform mit ca. 10 W von CO 2-Laserstrahlung bei 10,6 Mikrometer Wellenlänge, und ziehen Sie den beheizten Kapillare linear mit motorisierten Positionierer Abbildung 1 zeigt die Anordnung der linearen Übersetzung Stufen, die Laser und die Position der Kapillare Vorform vor dem Ziehvorgang. </li><li> Programm geeignet Automatisierungssoftware, um gleichzeitig die zwei CO 2-Laser (zum Erwärmen) und die beiden linearen Stufen. Die beiden Lineartischen führen die Ziehverfahren für den Laser-Kapillare erhitzt. </li><li> Einer der linearen Stufen müssen für den linearen Ziehvorgang schnell (z. B. 5 mm / s) sein. Einspeisen mehr Material in die Erwärmungszone mit der zweiten, langsameren linearen Stufe(Z. B. 0,5 mm / sec), da die Kapillar-Vorformmaterial wird während des Ziehvorgangs aufgebraucht. </li><li> Richten Sie die Probenhalter auf den linearen Stufen entlang der horizontalen und vertikalen Achsen. </li><li> Richten Sie beide CO 2-Laserstrahlung, so dass sie die gleiche Stelle im Raum (zwischen den Probenhalter) Ziel. Ein Stück Karton Papier oder wärmeempfindliche Papier ist nützlich, für diesen Prozess. Vergessen Sie nicht, eine Schutzbrille für Lasersicherheit zu verwenden. Augen auf Tabellenebene nicht absenken. Verwenden Sie geeignete Strahl Blöcke, Dunstabzugs, und Brandschutz. </li><li> Wählen vernünftigen Parameter für den Ziehprozess. Zum Beispiel sind die folgenden Parameter zuverlässig produzieren eine gute Kapillarwirkung Größe - 10 mm / s Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm / s Vorschubgeschwindigkeit in 3 Sek. Vorheizzeit, 4,5 W Vorwärmen Kräfte für beide Laser und 5 W Heizleistung für beide Laser . </li><li> Modulation der Laserleistung während des Ziehens kann der Kapillarradius während des Zieh pro Längs steuernZugriff auf die &#39;Flasche&#39; Resonatoren bilden. Ein Beispiel ist in Fig. 2d gezeigt. Wählen Sie die richtige Modulationsparameter: 3 Hz, 6 W und 3 W für Laserleistungen und 50% Einschaltdauer. </li></ol></li><li> Herstellung von mikrofluidischen optomechanischen Resonatoren <ol><li> Schneiden einen ausreichend langen Abschnitt (etwa 2-4 cm) aus Quarzglas-Kapillarsäule, so dass sie die beiden Halter an die Lineartranslationsstufen angebracht erreichen. </li><li> Montieren der Kapillare Probe auf dem Probenhalter, so daß die Laserzielzone ist etwa in der Mitte der Kapillare. Nachstellen CO 2-Laser-Ausrichtung, wenn nötig. </li><li> Ziehen Sie die Kapillare mit den Parametern wie in 1.1.6 angegeben. Zunächst heizen Sie den Kapillare für ein paar Sekunden (Abbildung 2a), und ziehen Sie sie dann mit oder ohne Lasermodulation (Parameter 1.1.7) nach Bedarf. </li><li> Entfernen Sie die Kapillare gezogen (Fig. 2b) von dem Probenhalter. Behandeln Sie die Probe mit Handschuhen an den beidendick endet erst, um nicht die saubere Oberfläche Resonator verunreinigen. </li><li> Variieren Sie die Parameter ziehen Kapillaren mit unterschiedlichen Durchmessern herzustellen. Typischerweise Außendurchmesser variiert von 30 um bis 200 um in Abhängigkeit von Ziehbedingungen. </li></ol></li><li> Montage des Geräts für die Tests hergestellt <ol><li> Bereiten Sie eine E-Form Glashalter (Abbildung 2c). Cut drei 1 cm x 0,5 cm und einem 3 cm x 0,5 cm Glasstücke von Glasobjektträger. Montieren Sie sie in eine E-Form mit Glaskleber oder Sekundenkleber. </li><li> Schneiden Sie eine Länge von mikrofluidischen Kapillare aus der gezogenen Probe. Diese Länge sollte länger als der Abstand zwischen zwei benachbarten Glas Niederlassungen auf der E-Form Inhaber. </li><li> Kleben Sie die Mikrokapillar Gerät auf den Halter mit optischen Kleber gleichzeitig dafür, einen Teil unberührten Hängen zwischen beiden Zweigen der E-Form Halter zu halten. Cure die optische Klebstoff mit einer LED-UV-härtenden Lichtquelle für 10 Sekunden. Figuren 2cund 2d zeigen das fertige Produkt. </li><li> Beide Enden des Resonators montiert vorsichtig in zwei etwas größeren Kunststoffrohre (zB 200 um Innendurchmesser). Klebstoff und UV-Härtung beiden Enden der Kunststoffrohre mit optischen Klebstoff. </li><li> Klemmen Sie die E-Form-Struktur aus der dritten (kostenlos) Glas-Zweig zu einem Montagevorrichtung eingespannt zum Testen. Die optische Güte des endgültigen mikrofluidischen Resonator hängt davon ab, wie gut die Herstellung Laser wurden ausgerichtet und wie stabil ihre Leistungsstufen waren. </li></ol></li></ol> 2. Versuchsaufbau für Optomechanische Prüfung <ol><li> Herstellung der verjüngten optischen Faser <ol><li> Bereiten Sie eine Single-Mode-Telekom-Band-optische Faser gewünschte Länge (zB ein paar Meter). Fasersegment sollte lang genug sein, um sowohl in dem sich verjüngenden Bereich angebracht und mit dem Aufbau (4) verbunden ist. Der sich verjüngende hier erläuterten Verfahren ist ähnlich zu dem, was suggested und in 22 demonstriert. </li><li> Verbinden der hergestellten Fasersegment, um den Rest der Versuchsanordnung unter Verwendung eines beliebigen zweckmäßigen Faserverbindungsverfahren. </li><li> Montieren Sie die gespleißte Faser-Segment auf zwei Linearmagneten, die einander zugewandt. </li><li> Isolieren Sie die Faser Jacke in der Mitte der Faser montiert Fragment Mantelbereich aus. Hier Verjüngung wird, hergestellt werden. Reinigen Sie den Bereich mit Methanol ausgezogen. </li><li> Schalten Sie den abstimmbaren Laser, um Echtzeit-Übertragung auf einem Oszilloskop angezeigt. Achten Sie darauf, Dämpfungsglieder so eingestellt, dass Photodetektoren nicht beschädigt werden. </li><li> Legen eine enge Düse Wasserstoffgasbrenner unmittelbar unterhalb der nicht ummantelte Teil der Faser. Befolgen Sie alle empfohlenen Sicherheitsvorkehrungen bei Arbeiten mit Druck brennbare Gase wie Wasserstoff. Andere &quot;saubere Verbrennung&quot; Quellen der Flamme oder Keramik-Heizelemente können ebenfalls verwendet werden. </li><li> Bevor die Beleuchtung des Gas, überprüfen Sie die Fließgeschwindigkeit, so dass Flamme nicht zu seingroß (ein 1-2 cm hoher Flamme ausreichend ist). Beachten Sie, dass die Flamme ist meist unsichtbar, aber als eine schwache orange leuchten in einem dunklen Raum zu sehen. Die Wasserstoffdurchsatz sollte auf einen Punkt, an dem beleuchteten Flamme ausreichend erweichen die Glasfaser gesetzt werden. </li><li> Beleuchten Sie die Flamme. Sobald Flamme eingeschaltet ist, starten Ziehen der Faser mit Motortische. Entsprechende Ziehgeschwindigkeit hängt von der Durchflußrate von Wasserstoffgas und Umgebung der Flamme. HINWEIS: Übertragung durch die Faser beginnt zu zeitlichen Schwingungsverhalten ziehen weiter zu zeigen. Dies zeigt, Multimode-Betrieb. </li><li> Wenn Schwingungsverhalten stoppt und zeigt eine unveränderliche Signals über die Zeit läßt, ziehen und Ausschalten der Flamme sofort. Dies ist bei Single-Mode-Konus erhalten wird. Überprüfen Sie die Übertragung. Wenn die Übertragung zu niedrig ist, wiederholen Sie den Vorgang ab 2.1.1. mit geänderten Gasdurchsatz, Flammengröße und Flammen Lage. Gelegentlich könnte niedriger Übertragungs wegen schlechten Ausrichtung in Schritt 2.1.3 sein. oder durch kontamiIonen von dem freiliegenden Mantel. </li><li> Wenn resultierenden Übertragung durch die Verjüngung zufriedenstellend ist, warten Sie einige Minuten, um die Kegel abkühlen. </li><li> Überprüfen Sie die Verjüngung unter dem Mikroskop. Für 1550 nm Betriebswellenlänge ist typisch Durchmesser der Einmoden-Konus in der Größenordnung von 1-2 &amp;mgr; m. </li></ol></li><li> Taper-Kopplung an WGR und die Suche nach elektronischen Signale, die Vibrationen <ol><li> Das Experiment in der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration. Mechanische Schwingungen sowohl durch SBS und RP von der gleichen Versuchskonfiguration erzeugt werden. Um rückgestreuten Signale, wie im Fall von rückwärts SBS 4,21 deutlich erkennt, verwenden Sie einen Zirkulator zwischen Konus und abstimmbare Laser. </li><li> Vor dem Einschalten des abstimmbaren IR-Laser, stellen Sie sicher, Dämpfungsglieder in Kraft gesetzt, so dass Photodetektoren nicht beschädigt werden. </li><li> Einzuschalten und Stabilisierung des abstimmbaren IR-Laser. Ein Funktionsgenerator verwendet wird, um die Frequenz des Eingangs IR fegenLaser. </li><li> Montieren Sie den Halter auf einem Resonator Nanopositioniertisch. Den Resonator in der Nähe des verjüngten Faser vorsichtig zu bringen, um abklingende Kopplung zu erhalten. Da die Laserfrequenz gewobbelt wird optischen Resonanzen taucht in der Übertragung des Oszilloskops angezeigt wird, wie in 2b von 22. </li><li> Verbinden der Photodetektorausgangssignal an einen elektrischen Spektrumanalysator (ESA), wobei die zeitliche Interferenz (dh Schwebung) zwischen der Eingangslaserlicht und das gestreute Licht beobachtet werden kann. Diese zeitliche Interferenz tritt bei der mechanischen Schwingungsfrequenz. Die Funktion &quot;Peak-Hold&quot; auf der Spektrum-Analysator ist oft in der ersten Suche für mechanische Schwingungen nützlich. </li><li> Verwenden Sie höhere Eingangsleistung während der Durchführung der ersten Suche für mechanische Vibrationen, vor allem, wenn Flüssigkeiten im Gerät vorhanden sind. HINWEIS: In der Regel ist Eingangsleistung in der Größenordnung von 100 uW auf das Gerät ausreichend mechanisch erregtschen Schwingung. </li><li> Wenn mechanische Schwingung beobachtet wird, versuchen, auf die relevanten optischen Modus durch Ausschalten der Laserfrequenz-Scan und Steuerung der Laserwellenlänge im CW-Modus zu sperren. Hierbei ist sowohl Oszilloskop und Spektrumanalysator sind in Tandem. Periodische Signale werden auf dem Oszilloskop, wenn ein mechanischer Modus vorhanden ist, wie in Fig. 5 und 1,6 angesehen. </li></ol></li></ol> 3. Messoptomechanische Schwingungen <ol><li> Optische und elektronische Signatur der Strahlungsdruck (RP)-Modi <ol><li> Wie in 2.2 beschrieben, werden mechanische Schwingungen beobachtet, wenn die Verjüngung und Gerät korrekt verbunden zu werden, haben das Gerät optische und mechanische Modi ausreichend Q-Faktoren und optische ausreichende Eingangsleistung vorgesehen ist. Wenn Schwingungen im Bereich von 10 MHz - 1 GHz nicht eingehalten, Versuch, Polarisation ändern, um unterschiedliche Resonanzen zu untersuchen, oder erhöhen Sie die Eingangsleistung von abstimmbaren Laser, umüberwinden die Mindestschwelle für Schwingung. Bei Erhöhung der Spannungsversorgung stets darauf achten, nicht die Photodetektoren zu sättigen. Auch, wie in 8 beschrieben, ist Kopplungsstrecke ein Schlüsselfaktor für die Anregung verschiedener RP-Modi. </li><li> Wenn mechanische Modi werden noch nicht beobachtet, versuchen Messung der optischen Qualitätsfaktor. Für optomechanische Resonatoren mikrofluidischen zeigen die Ergebnisse, dass die optische Qualitätsfaktor von 10 6 ist ausreichend, um parametrische Schwingungen 13 begeistern. HINWEIS: In der Regel wird RP Modi elektronischen Schwingungen am Spektrumanalysator Begleitung ihrer Harmonischen manifestieren, wie in Fig. 5 gesehen Repräsentative Ergebnisse werden in Abschnitt 4 besprochen.. </li><li> Verwenden eines Scan Fabry-Perot-Interferometer oder hochauflösenden optischen Spektrumanalysators, um die optischen Seitenbänder, die durch Amplituden-und Phasenmodulation, die wiederum durch die periodische Hohlraum Verformung induzierte erzeugt werden zu erfassen. Ein Beispiel Messung kann s seineen in Abbildung 3h ein. </li></ol></li><li> Optische und elektronische Signatur der Whispering-Gallery-akustischen Moden <ol><li> Die akustische Frequenz von rückwärts SBS für Quarzglas ca. 11 GHz, wenn ein 1,5 Mikron-Pumplaser verwendet 4,23. Verwenden Sie einen Thermostat, der die zurückgestreute Licht überwacht und einige kleine Menge von Rayleigh-Streupumpe, elektronische Signale für diese Schwingungsmoden zu beobachten. Verwenden Sie einen hochauflösenden optischen Spektrum-Analysator, um das Streulicht zu lösen. Ein Beispiel Messung ist in Fig. 2 der 4 gezeigt. </li><li> Verwenden Sie die Schwebung zwischen Vorwärts-Streulicht und dem Pumplaser niedriger Frequenz (Sub-1 GHz) Whispering-Gallery-akustischen Moden zu beobachten. </li><li> Aufgrund der geringeren mechanischen Festigkeit im Atem Richtung, wird das Signal von SBS manchmal schwächer als das Signal von den RP-Modus. Auch hier führt die Laser bei langsamer Geschwindigkeit und mit &quot;Peak-Hold&quot; auf der spectRum-Analysator bei der Suche nach der SBS-Signal zu helfen. </li><li> Beachten Sie, dass im Gegensatz zu RP-Modi aufgeregt Atmung, SBS-aufgeregt Whispering-Gallery-akustischen Moden nicht Harmonischen zeigen in der optischen und elektronischen Spektren (es sei denn, kaskadiert Anregung erfolgt 4,24). Anstatt nur ein Seitenband-Stokes erscheint für SBS-Modi. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Wir haben nichts offenzulegen.

Wir haben hergestellt und getestet ein neues Gerät, das zwischen Resonator-Optomechanik und Mikrofluidik überbrückt durch den Einsatz von High-Q optischen Resonanzen zu begeistern (und verhören) mechanische Schwingung. Es ist überraschend, dass mehrere Anregungsmechanismen sind in der gleichen Gerät zur Verfügung, die eine Vielzahl von mechanischen Schwingungsmoden bei Raten überspannt 2 MHz bis 11.300 MHz generieren. Kreiselstrahlungsdruck unterstützt beide Modi Weinglas und Atem Modi in der Spanne 2-200 MHz, Vorwärts ...

Cavity Optomechanik studiert die parametrische Kopplung zwischen Phononenmoden und Photonenmoden in Mikroresonatoren mittels Strahlungsdruck (RP) 1-3 und stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) 6.4. SBS-und RP-Mechanismen in verschiedenen optischen Systemen, wie beispielsweise Fasern 7, 4,6,8-Mikrokugeln, 1,9 Toroide und kristalline Resona 5,10 nachgewiesen. Durch dieses Photon-Phonon-Kopplung, sowohl Kühl 11 und 6,10 Anregung von mechanischen Arten nachgewiesen worden. Doch fast alle gemeldeten Optomechanik Experimente sind mit festen Phasen der Materie. Dies liegt daran, direkten Flüssigkeitseintauchen der optomechanischen Vorrichtungen ergibt stark erhöhte Strahlungs akustischen Verlust aufgrund der höheren Impedanz der Flüssigkeiten verglichen Luft. Darüber hinaus in einigen Situationen dissipative Verlustmechanismen in Flüssigkeiten können die Strahlungs akustische Verluste übersteigen. Ror kurzem, eine neue Art von Hohloptomechanischen Oszillator mit einer Mikrokapillar Geometrie wurde eingeführt, 12-15, und die durch Design ist für mikrofluidische Experimente ausgestattet. Der Durchmesser dieser Kapillare entlang seiner Länge moduliert, um mehrere &quot;Flaschenresonatoren&quot;, die gleichzeitig beschränken optischen Whispering-Gallery-Resonanzen 16 sowie mechanische Resonanzmoden 17 zu bilden. Mehrere Familien der mechanischen Resonanz Modi teilnehmen, einschließlich Atemarten, Wein-Glas-Modi und Whispering-Gallery-akustischen Moden. Das Weinglas (Stehwelle) und Whispering-Gallery-akustisch (Wanderwellen) Resonanzen entstehen, wenn eine Schwingung mit ganzzahligen Vielfachen der Schallwellenlängen um das Gerät Umfang auftritt. Licht evaneszent in die optische Whispering-Gallery-Moden dieser &quot;Flaschen&quot; mittels einer verjüngten optischen Faser 18 gekoppelt. Confinement der Flüssigkeit im Inneren der Kapillare 19,20 Resonator, wiesie außerhalb gegenüberliegen, ermöglicht eine hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig, was die optische Anregung von mechanischen Moden mittels sowohl RP und SBS ermöglicht. Wie sich gezeigt hat, sind diese mechanischen Erregungen können innerhalb der Vorrichtung 12,13 in das Fluid zu durchdringen, bilden ein gemeinsames Fest-Flüssig-Resonanzmodus, wodurch eine optomechanische Schnittstelle zur Fluidumgebung innerhalb. In diesem Beitrag beschreiben wir die Herstellung, RP und SBS Betätigung und repräsentative Messergebnisse für diese neuartige optomechanischen Systems. Spezifische Material-und Werkzeuglisten sind ebenfalls vorhanden.

<table><tbody><tr><td>Abstimmbarer IR-Laser</td><td>Newfocus</td><td>TLB-6328</td><td></td></tr><tr><td>Photodetektoren</td><td>Newfocus</td><td>1811-FC (niedrige Geschwindigkeit 125 MHz) / 1611-FC-AC (hohe Geschwindigkeit 1 GHz)</td><td></td></tr><tr><td>Glasfaser</td><td>Corning</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>Siliziumdioxid-Kapillare</td><td>PolyMicro</td><td>TSP700850</td><td></td></tr><tr><td>10,6 μm Wellenlänge CO2 Laser</td><td>Synrad</td><td>48-1KWM und 48-2KWM</td><td></td></tr><tr><td>UV-härtender optischer Klebstoff</td><td>Thorlabs</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Schlauch</td><td>Tygon</td><td>EW-06418-01</td><td></td></tr><tr><td>Spritzen</td><td>B-D</td><td>YO-07940-12</td><td></td></tr><tr><td>Nadeln</td><td>Weller</td><td>KDS201P</td><td></td></tr><tr><td>Elektrischer Spektrumanalysator</td><td>Agilent Technologies</td><td>N9010A (EXA Signal Analyzer)</td><td></td></tr><tr><td>Elektrischer Spektrumanalysator</td><td>Tektronix</td><td>6114A (RSA, Echtzeit-Spektrumanalysator)</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Spektrumanalysator</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Tektronix</td><td>DPO 4104B-L</td><td></td></tr><tr><td>Goldspiegel</td><td>II-VI Infrarot</td><td>836627</td><td></td></tr><tr><td>Lineartisch (langsam)</td><td>DryLin</td><td>H1W1150</td><td></td></tr><tr><td>Lineartisch (schnell)</td><td>PBC Linear</td><td>MTB055D-0902-14F12</td><td></td></tr><tr><td>Fabry Perot Optischer Spektrumanalysator</td><td>Thorlabs</td><td>SA 200-14A (FSR: 1,5 GHz)</td><td></td></tr></tbody></table>

herstellung und prüfung von mikrofluidik-optomechanische oszillatoren

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity Optomechanik Experimente, die parametrisch koppeln die Phononenmoden und Photonenarten wurden in verschiedenen optischen Systemen einschließlich Mikroresonatoren untersucht. Da jedoch der erhöhte Schallstrahlungsverluste beim direkten Eintauchen in Flüssigkeit von optomechanische Geräte, die fast alle veröffentlicht optomechanischen Experimente haben in der festen Phase durchgeführt. Dieses Papier beschreibt eine kürzlich eingeführte Hohl mikrofluidischen optomechanischen Resonator. Detaillierte Methodik ist vorgesehen, um diese Ultra-High-Q-Resonatoren herzustellen Mikrofluidik, führen optomechanische Tests, und messen Strahlungsdruck-Atemmodus gefahren und SBS-driven Whispering-Gallery-Modus para Vibrationen. Durch die Beschränkung von Flüssigkeiten in der Kapillare Resonator, werden hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig gepflegt.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Kapillaren sind dünn (zwischen 30 um und 200 um), klar und sehr flexibel, aber solide genug sind für die direkte Handling. Es ist wichtig, die äußere Oberfläche der Kapillare Vorrichtung gegen Staub und Wasser (Feuchtigkeit), um eine hohe optische Güte (Q) zu erhalten schützen. Durch Eintauchen eines Endes der Kapillare in Wasser und durch die Kapillare mittels einer Spritze Blasluft kann überprüft werden, ob die Kapillare durch oder ob wurde während der Herstellung durch Überhitz...

Parametrische optomechanische Anregungen wurden kürzlich in mikrofluidischen optomechanischen Resonatoren mittels optischem Strahlungsdruck und stimulierter Brillouin-Streuung experimentell nachgewiesen. In diesem Artikel wird die Herstellung dieser mikrofluidischen Resonatoren zusammen mit Methoden zur Erzeugung und Verifizierung optomechanischer Schwingungen beschrieben.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, optomechanische Oszillatoren herzustellen und zu demonstrieren, die mit Medien in flüssiger Phase arbeiten. Dies wird erreicht, indem zunächst mikrofluidische optomechanische Resonatoren durch Erhitzen und Ziehen von Quarzglaskapillar-Preformen unter CO2-Laserbestrahlung hergestellt werden. Der zweite Schritt besteht darin, die hergestellten Bauelemente zur Prüfung zu montieren.Anschließend wird ein Diodenlaser verwendet, um mithilfe einer abgeschrägten optischen Faser die optischen Whispering-Gallery-Moden des hergestellten Bauelements zu pumpen. Schließlich dient die elektronische Spektralanalyse der ausgegebenen optischen Signale dazu, die optomechanische Wechselwirkung und Sensorik über mechanische Moden in Fluiden nachzuweisen. Diese Bauelemente bieten eine zuvor nicht verfügbare Möglichkeit, Optomechanik-Experimente mit Materialien in flüssiger Phase durchzuführen.Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da Herstellung, Verfahren, Bedarf, Übung und Herstellungsparameter optimiert werden müssen. Die Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Anregung und die Identifizierung des optomechanischen Modus schwer zu beherrschen sind. Die mikrofluidischen Resonatoren werden durch Erhitzen und Ziehen von Glas-Kapillar-Preforms hergestellt, um diese erste Ausrichtung zu erreichen.Zwei softwaregesteuerte lineare Translationsstufen, die sich entlang derselben Linie bewegen. Sie sollten um einige Zentimeter voneinander getrennt sein, sodass die Kapillare über den Spalt hinweg ausgedehnt werden kann.Die Probenträger auf den Stufen sollten so ausgerichtet werden, dass sie eine Kapillare auf der Achse halten. Entlang der Bewegungsrichtung der Stufen erfolgt die Erhitzung durch zwei CO2-Laser. Tragen Sie beim Arbeiten mit Hochleistungslasern die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen.Leiten Sie dann die Ausgabe der Laser so, dass sie denselben Punkt im Spalt zwischen den Linearverfahrstufen treffen. Dieser Punkt sollte dort liegen, wo eine Kapillare aufgehängt wird. Verwenden Sie Strahlblenden, um die Strahlen nach dem Zielort zu stoppen.Verwenden Sie eine Software zur gleichzeitigen Steuerung der beiden Translationsstufen und der Leistungsstufen der beiden CO2-Laser. Für diesen Aufbau. Zuverlässige Kapillaren entstehen, wenn sich eine Stufe schnell, etwa 10 Millimeter pro Sekunde, und die andere langsam, etwa 0,5 Millimeter pro Sekunde, in dieselbe Richtung bewegt, um der Heizzone zusätzliches Material zuzuführen.Beide Laser werden für einen dreisekündigen Vorheizvorgang auf 4,5 Watt eingestellt. Anschließend fünf Watt oder höher während des Zeichnungsprozesses. Zum Herstellen des Resonators Fused Silica verwenden, kapillare Preform schneiden, eine Länge, die zwischen den beiden Probenhaltern auf der linearen Translationsstufe etwa zwei bis vier Zentimeter erreichen kann.Befestigen Sie als Nächstes das Kapillarröhrchen an den Probenhaltern, sodass die Laserzielzone ungefähr in der Mitte der Kapillarlänge liegt. Starten Sie anschließend die Steuerungssoftware.Der Laser vorgewärmt die Kapillare drei Sekunden lang. Anschließend wird die Kapillare etwa 10 Sekunden gezogen. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, entfernen Sie die gezogene Kapillare, wobei Sie nur das dicke, ungefaltete Ende anfassen, um Kontaminationen zu vermeiden.Hängen Sie die Kapillare so auf, dass die saubere Oberfläche des Resonators in der Luft hängt. Erstellen Sie Kapillaren mit unterschiedlichen Durchmessern, indem Sie die Ziehparameter variieren und den Herstellungsprozess wiederholen, um sicherzustellen, dass die Kapillaren offen sind. Arbeiten Sie mit einer flachen Wanne mit Wasser und einer Spritze.Nehmen Sie eine fertige Kapillare vorsichtig auf und tauchen Sie ein Ende in das Wasser. Blasen Sie mit der Spritze Luft durch das andere Ende. Luftblasen zeigen an, dass die Kapillare offen ist.Bevor die Kapillaren getestet werden, muss ein Halter zum Befestigen derselben hergestellt werden. Schneiden Sie hierzu drei Glasscheiben mit einer Größe von einem Zentimeter mal 0,5 Zentimeter aus Objektträgern. Zusätzlich schneiden Sie ein weiteres Stück mit drei Zentimetern Länge und einem halben Zentimeter Breite aus einem Objektträger.Verwenden Sie anschließend Glas-Bindungskleber oder Sekundenkleber, um diese Teile zu einer EHA zusammenzufügen. Schneiden Sie danach aus einer gezogenen Kapillare ein Stück zurecht, das die Distanz zwischen zwei benachbarten Ästen des U-förmigen Halters überbrückt und darüber hinausragt. Befestigen Sie die Kapillare mit optischem Kleber, sodass ihre Enden über die beiden Äste des Halters hinausragen und ihr Mittelteil zwischen ihnen frei hängt.Danach den optischen Klebstoff mit einem LED-UV-Härtungslicht so lange aushärten lassen, wie erforderlich. Anschließend etwa 10 Sekunden warten und dann Plastikschläuche beschaffen, deren Innendurchmesser etwas größer ist als der der Kapillare. Vorsichtig einen Schlauch über jedes Ende der montierten Kapillare schieben.Verwenden Sie erneut optischen Klebstoff, um die Verbindung zwischen Kapillare und [data-jove-entity] zu verschließen, und härten Sie diesen mit UV-Licht aus. Nach der Aushärtung ist die Montage bereit zur Befestigung. Verwenden Sie den dritten freien Glaszweig, um die Struktur an ihrem Platz zu fixieren.Dieses Experiment nutzt einen wellenlängenabstimmbaren, fasergekoppelten Infrarotlaser, der mit einem Funktionsgenerator verbunden ist und zur periodischen Abtastung der Laserwellenlängen verwendet wird. Der Laserstrahl wird zunächst durch einen Polarisationsregler geleitet.Von dort wird es mit einem einmodigen, auf den Telekommunikationsbereich ausgelegten, verjüngten Faseroptik-Wellenleiter gekoppelt, der sich in der Nähe einer Nano-Positionierstufe befindet. Nach dem verjüngten Faserende passiert das Licht Dämpfungsglieder, um die nachgeschalteten Analysatoren zu schützen. In diesem Experiment wird das Licht nach dem Dämpfungsglied zu einem Photodetektor geleitet, der an ein elektrisches Spektrumanalysatorgerät und ein Oszilloskop angeschlossen ist.Beginnen Sie das Experiment, indem Sie den Laser stabilisieren und Abtastungen der Laserstrahlwellenlänge starten. Danach entnehmen Sie den montierten Kapillarresonator und befestigen den Halter des Kapillarresonators an der Nano-Positionierbühne in der Nähe der abgeschrägten Faser. Verschieben Sie dann vorsichtig die Bühne, um den Resonator etwa einen Mikrometer an die abgeschrägte Faser heranzuführen, um eine evaneszente Kopplung zu erzielen.Während die Wellenlängen abgetastet werden, weisen Einbrüche in der Lasertransmission als Funktion der Zeit, die auf dem Oszilloskop sichtbar sind, auf das Vorhandensein evanescer koppelter Resonanzen hin. Nutzen Sie den Spektrumanalysator, um nach zeitlicher Interferenz zwischen dem eingehenden Laserlicht und dem gestreuten Licht zu suchen. Diese Schwebung tritt bei der mechanischen Oszillationsfrequenz auf.In diesem Beispiel wird ein mechanischer Modus bei 24,94 Megahertz im Kapillar durch Strahlungsdruck angeregt, indem versucht wird, durch Abschalten des Laserscans und Steuerung der Laserwellenlänge auf den entsprechenden optischen Modus für eine mechanische Schwingung zu regeln. Im Dauerstrichmodus erscheinen periodische Signale auf einem Oszilloskop, wenn ein mechanischer Modus vorhanden ist. Sobald die Methode beherrscht ist, können Herstellung und Prüfung der Vorrichtung in etwa 45 Minuten abgeschlossen werden, sofern alles ordnungsgemäß durchgeführt wird.Während des Durchführens dieses Verfahrens ist es wichtig zu beachten, dass Resonator und abgesetzte Faser niemals manuell, auch nicht mit Pinzette, berührt werden dürfen. Dies dient der Aufrechterhaltung der Sauberkeit der Oberflächen. Seit ihrer Entwicklung hat diese Technik Forschern auf dem Gebiet der Kavitäts-Optik-Mechanik den Weg geebnet, neuartige Wechselwirkungen mit Flüssigkeiten und bioanalytischen Substanzen zu erforschen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die Verwendung von einem Kohlendioxid-Laser-Reflow-Verfahren zu Siliciumdioxid Resonanzhohlräume, einschließlich freistehenden Mikrokügelchen und On-Chip Mikrotoroide herzustellen. Der Reflow-Methode entfernt Unebenheiten, so dass lange Photonenlebensdauern innerhalb der beiden Geräte. Die daraus resultierenden Geräte verfügen über extrem hohe Güten und ermöglicht Anwendungen, die von der Telekommunikation bis Biodetektion.

Herstellung von Silica Ultra High Quality Factor Mikroresonatoren

In diesem Video beschreiben wir zunächst Fertigung und Operationsverfahren eines akustischen Oberflächenwellen (SAW) akustische Gegenstrom-Gerät. Wir zeigen dann einen Versuchsaufbau, der sowohl für qualitative und quantitative Visualisierung Flow Analyse von komplexen Strömungen innerhalb des SAW Pumpen Gerät ermöglicht.

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Oberflächenschallwellen-wave-driven Acoustic-Gegenstrom Mikrofluidik

Acoustofluidic Geräte verwenden Ultraschallwellen in mikrofluidischen Kanälen zu manipulieren, zu konzentrieren und suspendierten Mikro- und nanoskopische Einheiten zu isolieren. Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung und den Betrieb einer solchen Vorrichtung bulk acoustic stehenden Wellen tragenden Teilchen in einem zentralen Strömungslinie zu konzentrieren, ohne die Hilfe von Mantelflüssigkeiten.

Herstellung und Betrieb von Acoustofluidic Devices Unterstützung Bulk-Acoustic-Standing Waves für sheathless Fokussierung der Partikel

Wir beschreiben den Prozess der Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer.

Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer

Es werden Protokolle zur Synthese von Mikrokugeln aus Polymeren, die Manipulation von Mikrokügelchen und Mikro-Photolumineszenzmessungen vorgestellt.

Herstellung von Polymer-Mikrosphären für optische Resonator- und Laseranwendungen

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von mikrofluidischen Geräten aus MY133-V2000, Artefakte zu beseitigen, die oft in Mikrokanälen durch unpassende Brechungsindizes zwischen Microchannel Strukturen und einer wässrigen Lösung entstehen. Dieses Protokoll verwendet einen Acryl-Halter, um die gekapselte Gerät, Verbesserung der Adhäsion chemisch und mechanisch zu komprimieren.

Herstellung von refraktiven Index passende Geräte für biomedizinische Mikrofluidik

Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Konstruktion und Herstellung von kundenspezifischen mikrofluidischen Geräten mit minimalen finanziellen und zeitlichen Investitionen. Ziel ist es, die Einführung mikrofluidischer Technologien in biomedizinischen Forschungslaboratorien und Bildungseinrichtungen zu erleichtern.

Schnelle Herstellung von kundenspezifischen mikrofluidischen Geräten für Forschungs- und Bildungsanwendungen

Ein Protokoll für die Kultur und Manipulation von embryonalem Gewebe der Maus auf einem mikrofluidischen Chip wird bereitgestellt. Durch die Anwendung von Impulsen von Signalwegmodulatoren kann dieses System verwendet werden, um Signalschwingungen für die funktionelle Untersuchung der Maussomitogenese extern zu steuern.

Ein mikrofluidischer Ansatz zur funktionellen Untersuchung von Signalschwingungen, die die Somitogenese steuern

Das Protokoll demonstriert eine bequeme Methode, um harmonischen oszillatorischen Fluss von 10-1000 Hz in Mikrokanälen zu erzeugen. Dies geschieht durch die modulare Anbindung einer computergesteuerten Lautsprechermembran an den Mikrokanal.

Aufbau und Charakterisierung eines externen Treibers zur Erzeugung von Sub-Kilohertz-Schwingungsströmungen in Mikrokanälen

Dieses Protokoll stellt ein Verfahren zur Herstellung eines doppelschichtigen mikrofluidischen Chips und zur Analyse des mikrobiellen Wachstums unter schnellen Sauerstoffoszillationen vor. Die Leistung des Geräts wurde durch Sauerstoffmessung in Flüssigkeitskanälen und mikrobielle Kultivierung validiert.

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Dieser Artikel zeichnet den Lebenszyklus eines Siliziumnitrid-Membranresonators nach, vom Design über die Herstellung bis hin zur Charakterisierung.

Herstellung und Charakterisierung von Siliziumnitrid-Membranresonatoren mit hoher Güte

Erfahren Sie die Herstellung mikrofluidischer optomechanischer Resonatoren durch CO2-Laser-Beleuchtung und das Nachweisen von Oszillationen in fluiden Medien. Diese Methode ermöglicht neue Experimente in der Optomechanik.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

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