Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores

El objetivo general de este procedimiento es fabricar y demostrar osciladores optomecánicos que funcionen con medios en fase fluida. Esto se logra primero fabricando resonadores optomecánicos microfluídicos mediante el calentamiento y estiramiento de preformas de capilar de vidrio de sílice fundida bajo iluminación con láser de CO2. El segundo paso consiste en montar los dispositivos fabricados para su prueba.

A continuación, se utiliza un láser de diodo para bombear los modos ópticos de galería de susurros del dispositivo fabricado mediante una fibra óptica afinada. Finalmente, se emplea un análisis espectral electrónico de las señales ópticas de salida para demostrar la interacción optomecánica y la detección a través de modos mecánicos en fluidos. Estos dispositivos proporcionan una capacidad previamente no disponible para realizar experimentos de optomecánica con materiales en fase fluida.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque la fabricación, el proceso, la necesidad, la práctica y los parámetros de fabricación deben optimizarse. La demostración de este método es fundamental, ya que activar el dispositivo y la identificación del modo optomecánico son difíciles de dominar. Los resonadores microfluídicos se fabricarán calentando y estirando preformas de capilares de vidrio para lograr este primer alineamiento.

Dos etapas de traslación lineal controladas por software. Deben moverse a lo largo de la misma línea. Deben estar separadas por unos pocos centímetros para que el capilar pueda extenderse a través del espacio.

Los soportes de muestra en las platillas deben alinearse para sostener un capilar sobre el eje. A lo largo de la línea de movimiento de las platillas, el calentamiento se realizará mediante dos láseres de CO2 antes de continuar. Tome las precauciones de seguridad adecuadas al trabajar con láseres de alta potencia.

Luego dirija la salida de los láseres de manera que apunten al mismo punto en el espacio entre las etapas lineales. Este punto debe ser un lugar donde se suspenderá un capilar. Utilice bloqueadores de haz para detener los haces después del punto objetivo.

Utilice un software para el control simultáneo de las dos etapas de traslación y de los niveles de potencia de los dos láseres de CO2. Para esta configuración, se producen capilares confiables cuando una etapa se mueve rápidamente, aproximadamente 10 milímetros por segundo, y la otra lentamente, aproximadamente 0,5 milímetros por segundo, en la misma dirección, para alimentar más material a la zona de calentamiento.

Ambos láseres se ajustan a 4,5 vatios durante un período de precalentamiento de tres segundos. Luego, cinco vatios o más durante el proceso de trazado. Para fabricar el resonador, utilice sílice fundida, preforma capilar, y corte una longitud que pueda alcanzar entre los dos portamuestras en la etapa de traslación lineal, aproximadamente de dos a cuatro centímetros.

A continuación, fije el capilar a los porta muestras, de modo que la zona objetivo del láser quede aproximadamente en el centro de la longitud del capilar. Proceda iniciando el software de control.

El láser precalienta el capilar durante tres segundos. A continuación, se tira del capilar durante aproximadamente 10 segundos. Cuando el proceso haya finalizado, retire el capilar estirado manipulando únicamente el extremo grueso y no desdoblado para evitar contaminación.

Cuelgue el capilar de modo que la superficie del resonador limpio quede suspendida en el aire. Elabore capilares con diferentes diámetros variando los parámetros de tracción y repitiendo el proceso de fabricación para asegurar que los capilares estén abiertos. Trabaje con una bandeja poco profunda de agua y una jeringa.

Tome cuidadosamente un capilar terminado y sumerja un extremo en el agua. Utilice la jeringa para soplar aire a través del otro extremo. La presencia de burbujas de aire indica que el capilar está abierto.

Antes de probar los capilares, se debe construir un soporte para montarlos. Para ello, corte tres piezas de vidrio de un centímetro por 0,5 centímetros provenientes de portaobjetos. Además, corte una pieza de tres centímetros por medio centímetro también de un portaobjeto.

Luego, utilice un adhesivo para unión de vidrio o pegamento instantáneo para ensamblar estas piezas en un EHA. A continuación, corte de una micropipeta estirada un tramo que pueda cubrir la distancia entre dos ramas adyacentes del soporte en forma de U y sobresalga más allá de ellas. Utilice un adhesivo óptico para pegar la micropipeta de modo que sus extremos sobresalgan más allá de las dos ramas del soporte y su centro quede suspendido entre ellas.

Luego, cure el adhesivo óptico con una luz LED de curado UV durante el tiempo necesario. Transcurridos aproximadamente 10 segundos, proceda a obtener un tubo de plástico con un diámetro interno ligeramente mayor que el del capilar. Inserte cuidadosamente un tubo en cada extremo del capilar montado.

Una vez más, utilice adhesivo óptico para sellar la conexión entre el capilar y cure con luz UV. Después del curado, el conjunto está listo para su montaje. Utilice la tercera rama de vidrio libre para sujetar la estructura en su lugar.

Este experimento utiliza un láser infrarrojo acoplado a fibra con longitud de onda ajustable, conectado a un generador de funciones, utilizado para barrer periódicamente las longitudes de onda del láser. Primero, la salida del láser pasa a través de un controlador de polarización.

A continuación, se acopla a una guía de onda de fibra afinada de banda telecom de modo único que se encuentra cerca de una etapa de posicionamiento nano. Después de la fibra afinada, la luz pasa a través de atenuadores para proteger los analizadores aguas abajo. En este experimento, tras el atenuador, la luz se dirige a un fotodetector conectado a un analizador de espectro eléctrico y a un osciloscopio.

Comience el experimento estabilizando el láser e iniciando los barridos de la longitud de onda del haz láser. A continuación, tome el resonador capilar montado y coloque el soporte del resonador capilar sobre la plataforma de posicionamiento nano cerca de la fibra afinada. Luego, traslade cuidadosamente la plataforma para acercar el resonador aproximadamente un micrón a la fibra afinada y así obtener acoplamiento evanescente.

A medida que se barren las longitudes de onda, los descensos en la transmisión del láser en función del tiempo observados en el osciloscopio indican la presencia de acoplamiento evanescente y resonancias. Utilice el analizador de espectros para buscar interferencias temporales entre la luz láser de entrada y la luz dispersada. Esta señal de batido ocurre a la frecuencia de oscilación mecánica.

En este ejemplo, un modo mecánico a 24,94 megahercios se excita en el capilar mediante la presión de radiación al intentar acoplarse al modo óptico correspondiente para una oscilación mecánica, desactivando el barrido de frecuencia del láser y controlando la longitud de onda del láser. En modo de onda continua, aparecerán señales periódicas en un osciloscopio cuando esté presente un modo mecánico. Una vez dominado el procedimiento, la fabricación y la prueba del dispositivo pueden completarse en aproximadamente 45 minutos si se realiza correctamente.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que el resonador y la fibra cónica nunca deben manipularse manualmente, ni siquiera con pinzas. Esto se hace para mantener la limpieza de las superficies. Desde su desarrollo, esta técnica ha allanado el camino para que los investigadores en el campo de la óptica de cavidades mecánicas exploren nuevas interacciones con fluidos y analitos biológicos.