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Engineering

Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection

Published: April 26, 2014 doi: 10.3791/51133
* These authors contributed equally

Summary

Una tecnica interferometro di riferimento, che è progettato per rimuovere rumore indesiderabile jitter laser per nanodetection, è utilizzata per sondare un fattore microcavità ultra-alta qualità. Istruzioni per l'assemblaggio, l'installazione e l'acquisizione dei dati sono forniti, accanto al processo di misurazione per specificare il fattore di qualità della cavità.

Abstract

Un interferometro in fibra termicamente e meccanicamente stabilizzato adatto per l'esame di microcavità fattore di altissima qualità è modellato. Dopo aver valutato la sua gamma spettrale libera (FSR), il modulo viene messa in parallelo con un sistema di cono-microcavità fibra e quindi calibrato attraverso isolando ed eliminando spostamenti casuali nella frequenza del laser (cioè laser rumore jitter). Per realizzare la giunzione cono-microcavità e per massimizzare la potenza ottica che viene trasferito al risonatore, un fibra ottica monomodale guida d'onda è tirato. Soluzioni contenenti nanobeads polistirene vengono poi preparati e pilotati alla microcavità per dimostrare la capacità del sistema di percepire legame alla superficie della microcavità. I dati sono post-trasformati tramite curva adattiva montaggio, che consente misurazioni ad alta risoluzione del fattore di qualità, nonché il tracciato di parametri dipendenti dal tempo, come lunghezza d'onda di risonanza e frequenza divisa turni. Con attenzioneispezionare passaggi della risposta nel dominio del tempo e spostando nella risposta nel dominio della frequenza, questo strumento può quantificare eventi di legame discreti.

Introduction

Interesse di ricerca è aumentato in modo significativo l'utilizzo della modalità sussurro-gallery (WGM) microcavità a scopo di nanodetection e biosensori 1-8. Ciò comporta fattore di altissima qualità (Q) cavità ottiche, che sia in grado di identificare le particelle biologiche minuscole, fino al livello di proteine ​​singolo 2. Cioè, il monitoraggio cambiamenti di risonanza e frequenza split per la trasmissione con straordinaria sensibilità 9-11 può essere abilitato mediante confinamento del cavo di energia luminosa all'interno di un piccolo volume modalità. Le variazioni delle proprietà ottiche di un risonatore sono la causa di questi spostamenti, che a sua volta provengono dal legame di molecole discrete o nanoparticelle. A meno sofisticato esempio di struttura WGM tridimensionale per tali applicazioni è un microsfere di silice, che può essere fabbricato con una superficie liscia atomicamente vicino semplicemente ablazione una fibra ottica disegnata utilizzando un laser CO 2. Come è noto,alti Q-fattori dell'ordine di 10 9 possono essere raggiunti 1.

La frequenza di risonanza di una microcavità è convenzionalmente monitorato attraverso la scansione della frequenza ottica di una sorgente laser sintonizzabile contemporaneamente foto-rilevamento della trasmissione ottica che viene catturata su un oscilloscopio. Un inconveniente intrinseco di questa tecnica è l'incertezza associata alla posizione di gocce nella trasmissione che nasce dalle fluttuazioni lunghezza d'onda laser o jitter laser. Per superare questa complicazione, un interferometro può essere utilizzato insieme a una microcavità per produrre un segnale di riferimento per annullare il jitter laser e aumentare la sensibilità osservata 2. Ingresso luce è diviso in due percorsi ottici: il fascio di riferimento che passa attraverso l'interferometro (con una gamma spettrale libera FSR o abbastanza grande da impedire il laser dal jittering spaziatura una frequenza FSR passato durante la misura) e il fascio di rilevamento che interacts con il microrisonatore WGM. Questa caratteristica semplifica esperimenti in confronto alle configurazioni più avanzate, come quella di rilevamento WGM che prevede la combinazione di un laser a retroazione distribuita (DFB) e niobato di litio periodicamente polarizzato (PPLN) Doubler 12. In questa pubblicazione, una tecnica interferometro per monitoraggio basato fattore altissima qualità microcavità della materia nanoscala è descritto 3. Le procedure di installazione e di acquisizione dati che sono necessari per raggiungere questo obiettivo sono delineate, illustrando come fattore di qualità cavità può essere determinato con riferimento interferometria.

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Protocol

1. Riferimento Interferometer Edilizia e FSR Misura

  1. Costruzione
    1. Creare una scatola acrilica open-top. Tale struttura dovrebbe essere grande abbastanza da contenere comodamente in un 16 x 16 x 16 in scatola di polistirolo.
    2. Realizzare una scaffalatura a 3 stadi per ospitare componenti ottici, che siederanno nella casella acrilico open-top e sarà completamente recintato dalla scatola di polistirolo per l'isolamento termico. Due fori elevate sulla scatola di polistirolo devono essere presenti per consentire le fibre di entrare e uscire l'intero recinto.
    3. Nella fase 3 rd: Una fibra di uscita dal accoppiatore direzionale a 3 dB dovrebbe essere fissata ad un controllore di polarizzazione che a sua volta porta ad una porta di ingresso di un accoppiatore direzionale a 3 dB separata.
    4. Sul 2 ° stadio: Formare un anello con circa 16 metri di fibra ottica proveniente dall'altra porta di uscita del primo accoppiatore direzionale a 3 dB. Dirigere questa fibra alla porta di ingresso residua dei seconda 3 dB accoppiatore direzionale sul palco 3 °.
    5. Riempire la scatola acrilica con il 50% ghiaccio tritato mescolato con acqua liquida 50%, come per adattare un bagno di ghiaccio e di conseguenza mantenere la temperatura dei componenti ottici vicino a 0 ° C.
  2. FSR Misura
    1. Impostare il laser della sonda alla lunghezza d'onda desiderata. Impiegare un generatore di funzioni tale che la sua uscita è collegata ad un ripartitore di potenza 3 dB. Una delle uscite del divisore 3 dB deve essere collegato l'oscilloscopio per scopi di monitoraggio e l'altra uscita deve essere utilizzato direttamente per sintonizzare la frequenza del laser.
    2. Alimentare l'uscita laser come ingresso dell'accoppiatore direzionale 1 v 3 dB.
    3. Le due uscite del 2 ° 3 dB accoppiatore direzionale sono per trasportare segnali photomixed al fotorivelatore bilanciato (BPD). Infine, collegare il cavo di uscita del BPD all'ingresso di un canale dell'oscilloscopio.
    4. Linearmente scansione della frequenza laser supplpia di modulo laser con un segnale a rampa generata dal generatore di forme d'onda (con una tensione picco-picco di 1 V e frequenza di scansione di 100 Hz). Il segnale di uscita dal BPD diventerà sinusoidale sull'oscilloscopio.
    5. Tune il controllore di polarizzazione da massimizzare la tensione picco-picco della forma d'onda sinusoidale.
    6. Per misurare la FSR, configurare il laser per l'uscita ad onda continua impostando il generatore di forme d'onda in modalità DC. Tune la tensione del generatore di forme d'onda tale che il segnale trasmesso dalla BPD oscilla circa 0 V (cioè. Punto quadratura). Controllare il segnale di uscita utilizzando un analizzatore di spettro elettrico. Il segnale monitorato dovrebbe apparire come una funzione sinc quadrati, in cui la posizione del primo zero vicina massimo globale (a frequenza zero) corrisponde al FSR. Per ridurre al minimo il rumore di misura, impostare l'analizzatore di spettro elettrico in modalità media.

2. Fiber Pulling 13

Preambolo: Lo scopo di questa procedura è quello di abbinare approssimativamente la fase di fotoni viaggiano nel cono a quelle della microcavità in modo che l'accoppiamento efficiente può verificarsi. Come la fibra viene tirata, la sezione centrale che si trova tra i due morsetti passerà dal sostenere una singola modalità all'interno di una fibra regolare, a molteplici modalità all'interno di una guida d'onda formate dal rivestimento di silice originale diventando il nucleo e aria diventando il rivestimento, e poi ad un singolo modo. Il nucleo di silice della fibra sarà praticamente svanire nella parte centrale, in cui temporaneamente condizioni di propagazione multimodale soddisfatti saranno contrastati dal continuo restringimento del diametro delle fibre.

  1. Fissare il supporto della fibra alla fase di traslazione motorizzato.
  2. Connectorize due sezioni di fibra ottica con connettori FC / APC su un'estremità di ogni sezione. Rimuovere il rivestimento del buffer dalle estremità non collegate con una spogliarellista fibra, pulirli con acetone prima e THen isopropanolo, fendere le sfaccettature finali e fusion li impiombare insieme.
  3. Per monitorare la perdita nel cono, collegare una sonda laser a potenza costante ad una estremità della fibra mentre l'altra estremità della fibra è collegato ad un fotorivelatore (PD). L'uscita del PD deve essere collegato a un oscilloscopio. Regolare le impostazioni dell'oscilloscopio da misurare la tensione di uscita PD, che è proporzionale alla potenza laser trasmesso.
  4. Registrare il valore iniziale della tensione di uscita PD e continuare a monitorare fino passo 2.9.
  5. Fissare la fibra al detentore delle fibre e l'immagine della fibra con un microscopio ottico.
  6. Rilasciare idrogeno tale che comincia a scorrere in prossimità del cono, in attesa di aria per uscire dal tubo e per la pressione del canale da stabilizzare. Una volta che la portata del gas idrogeno raggiunge 110 ml / min, accenderla vicino alla presa con un accendino per riscaldare la fibra.
  7. Usando un programma LabVIEW personalizzato, linearmente tirare la fibra. Si noti che durante la puprocesso lling, il nucleo della fibra svanisce gradualmente mentre modalità multiple di rivestimento diventano dominanti nel guidare la luce attraverso la sezione rastremata fibra. L'intensità trasmessa attraverso la fibra ottica dovrebbe oscillare a causa dell'interferenza multimodale.
  8. Continuare a tirare la fibra per ridurre la larghezza fibra cono fino supporta solo una modalità rivestimento singolo. Una volta che l'intensità trasmessa cessa di variare, smettere di tirare la fibra.
  9. Rilasciare il titolare fibra dalla fase di traduzione e fissarlo vicino al palco piezoelettrico.

3. Preparazione e fornitura di soluzioni

  1. Preparare 22:00, 13:00, e 100 soluzioni FM composte da 50 nm raggio monodispersi microsfere di polistirene in tampone fosfato Dulbecco (DPBS). Inoltre, creare una soluzione DPBS puro.
  2. Mettere le soluzioni in una centrifuga, scaglionare le loro posizioni all'interno di essa per scopi di equilibrio, e di avviare un ciclo di filatura 30 min.
  3. Su completion, posizionare saldamente le soluzioni in un essiccatore, evacuare, e bombardare le soluzioni con ultrasuoni per 30 min.
  4. Rimuovere le soluzioni e metterle da parte vicino alla configurazione dell'esperimento.
  5. Costruire uno stand per un piccolo sistema di erogazione di fluido.
    1. Dopo la pulizia due ghiere, inserire puntali su entrambe le estremità di un segmento di microtubuli e avvitare le boccole alle punte delle siringhe. Collegare singolarmente una delle ghiere per una terza siringa e l'altra al raccordo Luer Lock di un gruppo cilindro-pistone.
    2. Fissare la punta della siringa esposta allo stand e prop dietro il campione. I fluidi devono poter circolare sul campione senza significative perdite.
  6. In termini della Sezione 5 del protocollo, caricare la canna con una soluzione appropriata ed iniettare manualmente attraverso il sistema di microfluidica durante l'esperimento.

4. Configurazione e interconnessioni del sistema

  1. Collegare i lase sonda r di un accoppiatore direzionale 10 dB. La porta accoppiata è collegato alla porta di ingresso dell'interferometro di riferimento mentre la porta trasmesso è collegato ad un controllore di polarizzazione seguita dalla fibra rastremata.
  2. Riorientare gli obiettivi del microscopio per acquisire due immagini nitide del cono fibra.
  3. Collegare l'uscita della fibra rastremata ad un PD. L'uscita di questo PD deve essere collegato ad un ingresso diverso canale dell'oscilloscopio.
  4. Montare il campione sul nanopositioner e fare piccoli aggiustamenti per spostare in modo che esso è prossima al centro del cono fibra.
  5. Iniettare DPBS al campione. Effettuare le regolazioni grossolane in modo che il cono in fibra entra in vista delle due telecamere CCD. Regolare il nanopositioner per stabilire l'accoppiamento dal cono in fibra ottica al microcavità.
  6. Scansione la lunghezza d'onda del laser per ottenere un dip risonanza appropriato sull'oscilloscopio.

5. Nanoparticelle Detection

ONTENUTO "> Per acquisire i dati: Configurare le impostazioni di trigger dell'oscilloscopio e, utilizzando il software fatto in casa, raccogliere oscilloscopio tracce per ulteriori elaborazioni.

  1. Registrare i dati per la soluzione tampone come riferimento.
  2. Registrare i dati per le soluzioni di nanoparticelle dal più basso al più alto concentrazione.
  3. Rispettare i turni di frequenza che avvengono a causa di nanoparticelle vincolante per la microcavità.

6. Post-trattamento dei dati

I dati raccolti possono essere ulteriormente trattati mediante un programma MATLAB auto-scritta. Il programma dovrebbe:

  1. Leggere le tracce di riferimento interferometro e condurre una vestibilità minimi quadrati alle curve sinusoidali. Le fasi del sinusoidale montato sono utilizzati per stimare il jitter laser al volo.
  2. Leggere le tracce di trasmissione cavità e condurre una vestibilità minimi quadrati alla funzione doppio Lorentziana. Frequenze ottiche corrispondenti alle salse risonanza (ν 1,ν 2) e la loro piena larghezza a metà altezza (FWHM di, rappresentata dal δν 1, δν 2) sono determinati confrontando il segnale di trasmissione al segnale interferometro.
  3. Ottenere il fattore di qualità di ogni singolo tuffo da Q i = ν i / δν i, dove posso essere sia 1 (risonanza sinistra) o 2 (risonanza a destra).
  4. Calcolare, come è convenzionale, le frequenze ottiche dei tuffi risonanza attraverso la scansione laser tensione, dove le rese jitter laser grande rumore di misura.
  5. Raccogliere il ν medio dei media frequenza di risonanza = (ν 1 + ν 2) / 2 e frequenza split Δν = ν 2 - ν 1 per ogni misurazione e tracciare in funzione del tempo. Quando una nanoparticella lega sulla superficie della microcavità, bruschi cambiamenti sia di frequenza media di risonanza e sho frequenza splitULD essere osservati.

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Representative Results

Dopo aver seguito il protocollo, le tracce possono essere compilati e installati. Figura 3a mostra la tipica struttura di risonanza della microsfera come presentato nel video, per cui la divisione di frequenza si osserva in un mezzo DPBS. Un fit minimi quadrati alla funzione doppio Lorentzian indica che il fattore di qualità delle salse risonanza destra e sinistra sono rispettivamente 2,1 x 10 8 e 3,8 x 10 8 in un ambiente acquoso. Le frequenze ottiche del FWHM sono ottenuti confrontando lo spettro cavità con il segnale interferometro in figura 3b, che produce una misurazione ad alta risoluzione per il Q. Nota che lo spettro di risonanza si ottiene quando la lunghezza d'onda del laser è blu spostato, mentre un rosso spostare rendimenti misurazione valori di Q simili. Figura 4 mostra la spettrogrammi risonanza che possono essere prodotti, in cui una misura doppio Lorentzian delle curve di trasmissione è stato calcolato. In termini di calibrazione, the laser rumore jitter viene estratto dal interferometro di riferimento originale e successivamente rimosso sia dal interferometro ei segnali microsfere. In assenza di laser jitter cancellazione, la figura 4a rappresenta semplicemente uno spettrogramma generato dal trigger su valli risonanza. Deriva termica emerge della taratura, come si vede nella Figura 4c. Al contrario di liberare spazio interferometria, l'approccio di misurazione chiarito è diminuito delle perdite e può in teoria essere integrato su una piattaforma system-on-chip. Quantitativamente, le misure FSR per i sistemi di interferometria spazio libero possono raggiungere un errore RMS di 180 kHz per una cavità Q = 1,5 x 10 8, traducendo con una precisione relativa di 5,5 x 10 -6 per un FSR = 32,9382 GHz 14.

Figura 5 illustra il controllo continuo della lunghezza d'onda media di risonanza del microcavità per un periodo di tempo di due terzi di un minuto nel caso diDPBS immersione. La curva grigia indica che, quando la lunghezza d'onda di risonanza si ottiene il metodo di scansione laser tensione convenzionale e il jitter laser non è calibrato fuori, c'è una variazione di lunghezza d'onda di misura dell'ordine di decine di femtometers. Utilizzo di un interferometro di riferimento (curva verde), il rumore è ridotto al regime subfemtometer. Miglioramenti causata dalla stabilizzazione termica sono forniti anche nella figura 5a per valutare i contributi di rumore subfemtometer da un equivalente non raffreddato (curva rossa). Nel frattempo, una misura di frequenza split produce un rumore simile a quello della curva di risonanza media. Le valutazioni di frequenza di scansione di frequenza laser servono come un sottoprodotto del regime di riferimento interferometria conferito. Come mostrato in Figura 5c, le fluttuazioni nel tasso di scansione laser sono dell'ordine dei 10 GHz / sec. Ciò può essere ulteriormente attribuita al rumore di misura associata con il metodo convenzionale; tuttavia, questo sarà suppressed entro l'interferometro di riferimento. Eventi indicanti il ​​legame di 50 sferette di polistirene nm possono essere ulteriormente acquisite utilizzando una microsfera, come catalogato nel video allegato. I passaggi sia per la risonanza media e spostamenti di frequenza split sono chiaramente visibili.

In un'altra dimostrazione pubblicato 2, figura 6a mostra il legame di 12,5 nm, 25 nm e 50 nm raggio sferette di polistirene diluito in DPBS su un microtoroid silice. Come si può vedere, questa tecnica produce miglioramenti sensibilità simili. Ulteriori azioni coerenti per la risonanza media e le frequenze parziali sono state osservate in figura 6b per 12,5 raggio nm vincolante su una superficie microtoroid tallone.

Figura 1
Figura 1. Diagra concettualem della configurazione fibra interferometro in parallelo, composto in parte le immagini di microsfere di silice, microtoroid, e le strutture di microfloppy. Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2
. Figura 2 Whispering-galleria meccanismo di rilevamento della modalità: a) Fotoni circolano all'interno della microcavità in assenza di nanoparticelle vincolante; b) Una nanoparticella adsorbe sulla superficie e successivamente campionata dai fotoni, causando cambiamento sensibile proprietà ottiche; c) splitting frequenza si verifica a causa delle condizioni di retrodiffusione e perdite cavità soddisfatti, fornendo un'ulteriore dimensione al det nanoparticella metodologia ezione. Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
. Figura 3 a) Un esempio di spettro di trasmissione cavità, mostrando fattori di qualità di 2,1 x 10 8 per la risonanza a fianco e 3,8 x 10 8 per la risonanza a destra; b) segnale interferometro utilizzato per determinare la FWHM. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Figura 4. Previsto crudo e spettrogrammi dei segnali di sensibilità avanzata per la soluzione tampone. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
. Figura 5 a) Appezzamento di lunghezza d'onda di risonanza spostamento in funzione del tempo nonché le discrepanze tra escluso (segnale rosso) e comprendente (segnale verde) stabilizzazione termica; b) correlate frequenza split tempo-dipendente; c) correlate frequenza di scansione tempo-dipendente. Il primo subfigure raffigura una traccia grigio che corrisponde ai dati per il metodo tensione scansione convenzionale, mentre la traccia verde è acquisito per la tecnica di riferimento interferometria. Leie, le curve rosse e verdi situati sulla parte superiore sono state registrate in date separate. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6
. Figura 6 a) Raccolta punti medi di spostamento di risonanza per 50 nm (curva rossa), 25 nm (curva blu), e 12,5 nm (curva verde) raggio vincolanti per microtoroids silice perline; b) spostamento coerente medio di risonanza (riquadro superiore) e split passi spostamento di frequenza (riquadro in basso), che si osservano per 12,5 nm polistirolo vincolanti per una superficie microtoroid perline. Questa cifra è stata derivata da Lu et al. 2 cliccatequi per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Questa configurazione attuale è capace di sondare una varietà di microcavità WGM, come pollici, microsfere, e microtoroids, senza richiedere alcun controllo di feedback per la sorgente laser sonda. Un notevole rapporto segnale-rumore (SNR) per il rilevamento può essere ottenuta a causa dei miglioramenti passo spostamento fornite da lunghezza del percorso ed effetti backscattering particelle indotta. Data la semplicità e il basso costo dell'interferometro riferimento stesso, questo metodo è una tecnica efficace per lo studio o sfruttando le proprietà della cavità WGM.

In alternativa, la potenza circolante nel microcavità può essere ottimizzato e risonanza può essere più efficacemente perpetuata tramite adozione modulazione di fase (PM) basato Pound-Drever-Hall (PDH) aggancio in frequenza e modulazione di ampiezza (AM) basato feedback critico accoppiamento 15. Questo, tuttavia, arriva al costo di introdurre complessità apprezzabile e spese. Rumore floors per l'avvicinamento PDH hanno recentemente mentito circa 7 fm 16, sollevando la figura di rumore di almeno un ordine di grandezza rispetto al disegno dettagliato in questo protocollo. Le sezioni di dispersione di nanoparticelle potrebbero, come esposto nelle prove, essere misurati mediante interferometro informazioni dissipazione in spettroscopia di ampiezza di assorbimento del laser di modulazione cavità maggiore (CEAMLAS) 17.

È importante notare che le soluzioni impropriamente degased possono contenere bolle d'aria di diametro paragonabile a quella dei campioni di nanoparticelle. Più specificamente, l'adsorbimento di tali bolle alla superficie della microcavità darà luogo a falsi positivi in ​​forma di spostamento di frequenza. Tali manufatti sono difficili da distinguere dalle risposte dei segnali attesi derivanti da nanobead vincolante. Altre considerazioni includono il flusso stabile di liquidi vicino al cono di evitare tranciamento, nonché establishing ripetibile fibra conicità condizioni tirando da ottenere attendibilmente integrità ragionevole e perdita di inserzione (≈ 0,5 dB).

In passato, le capacità biosensori di questo sistema sperimentale sono stati testati misurando vincolante senza etichetta virioni dell'influenza A in DPBS. Il SNR per questo particolare scenario è stato segnalato per essere 38:1. Il potenziale del sistema di rilevare nanobeads polistirolo con raggi piccolo come il 12,5 nm è stata ulteriormente dimostrata 2. Nel complesso, il vantaggio principale della metodologia di rilevamento basato riferimento interferometro risiede nella sua capacità di monitorare spostamenti di lunghezza d'onda in tempo reale, riducendo al minimo i contributi di errore dal jitter frequenza e laser di controllo della scansione tensione. Per esempio, la rimozione del rumore jitter sarà solo aumentare il SNR di un fattore 10. Il posizionamento dei punti caldi plasmonic (nanoparticelle plasmonic cioè legati, come nanoshells oro) sull'equatore della WGM cavity in prossimità del campo evanescente è un altro mezzo per migliorare il segnale di rilevamento da poco più di un ordine di grandezza, senza degradare pesantemente il fattore di qualità 18,19.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare Xuan Du per costruire il diagramma concettuale della figura 1. Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni dal scienze naturali e ingegneria Research Council (NSERC) del Canada.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polystyrene  Microspheres PolyScience
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) Life Technologies 14190
Piezoelectric Nanopositioner System Physik Instrumente P-611.3S
Balanced Photodetector Thorlabs PDB120A
Photodetector Newport 1801-FC
3 dB Fiber Optical Directional Coupler Thorlabs FC632-50B
10 dB Fiber Optical Directional Coupler Thorlabs FC632-90B
Drop-In Polarization Controller General Photonics PLC-003-S-25
Function Generator Hewlett-Packard 33120A
Fusion Splicer Ericsson FSU-925
High-Speed Oscilloscope  Agilent DS09404A
Motorized Translation Stage with Controller Thorlabs MTS25-Z8E
Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, Ø125 μm Cladding Thorlabs SM600
Real-Time Electrical Spectrum Analyzer Tektronix RSA3408B
Optical Spectrum Analyzer Agilent 70951A
632.5 – 637 nm Tunable Laser New Focus TLB-6304
Filtration Pump KNF
Ultrasonic Cleaner Crest Ultrasonics Powersonic 1100D
Mini Vortexer VWR VM-3000
Centrifuge Beckman Coulter Microfuge 22R

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vahala, K. J. Optical microcavities. Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).
  2. Lu, T., et al. High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities. PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).
  3. Vollmer, F., Arnold, S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).
  4. Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).
  5. Sun, Y., Fan, X. Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).
  6. Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).
  7. Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).
  8. Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement. Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).
  9. Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high-Q microspheres. J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).
  10. Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. Split frequency sensing methods and systems. Patent granted on. , (2013).
  11. Zhu, J., et al. On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator. Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).
  12. Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).
  13. Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system. Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).
  14. Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities. Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).
  15. Chow, J. H., et al. Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation. Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).
  16. Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator. Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).
  17. Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator. Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).
  18. Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection. Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).
  19. Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).

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Fisica biosensore nanodetector microcavità ottica la modalità sussurrando galleria cavità riferimento interferometro nanoparticelle intervallo spettrale libero (FSR)
Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection
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Vincent, S., Yu, W., Lu, T. Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection. J. Vis. Exp. (86), e51133, doi:10.3791/51133 (2014).

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