Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer et de démontrer des oscillateurs optomécaniques fonctionnant avec des milieux en phase fluide. Cette opération s'effectue en deux étapes : la première consiste à fabriquer des résonateurs optomécaniques microfluidiques en chauffant et en étirant des préformes capillaires en verre de silice fondue sous éclairement au laser CO₂. La deuxième étape consiste à monter les dispositifs fabriqués afin de les tester.

Ensuite, une pompe laser à diode est utilisée pour exciter les modes optiques en résonance de type « galerie de murmures » du dispositif fabriqué, à l’aide d’une fibre optique effilée. Enfin, une analyse électronique du spectre des signaux optiques en sortie permet de mettre en évidence l’interaction optomécanique et la détection par l’intermédiaire des modes mécaniques dans les fluides. Ces dispositifs offrent une capacité auparavant indisponible de réaliser des expériences d’optomécanique avec des matériaux en phase fluide.

En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés, car la fabrication, le procédé, le besoin, la pratique et les paramètres de fabrication doivent être optimisés. La démonstration de cette méthode est essentielle, car la mise en mouvement et l'identification du mode optomécanique sont difficiles à maîtriser. Les résonateurs microfluidiques seront fabriqués par chauffage et étirage de préformes capillaires en verre afin d'effectuer ce premier alignement.

Deux étages de translation linéaire commandés par logiciel. Ils doivent se déplacer le long de la même ligne. Ils doivent être séparés de quelques centimètres afin que le capillaire puisse s'étendre à travers l'espacement.

Les porte-échantillons sur les plateaux doivent être alignés de manière à maintenir un capillaire sur l'axe. Le long de la trajectoire de déplacement des plateaux, le chauffage sera effectué à l'aide de deux lasers CO2 avant de poursuivre. Prendre les précautions de sécurité appropriées lors de l'utilisation de lasers de haute puissance.

Ensuite, dirigez le faisceau des lasers de manière à ce qu'ils visent le même point dans l'entrefer entre les étages linéaires. Ce point doit correspondre à l'emplacement où un capillaire sera suspendu. Utilisez des bloqueurs de faisceau pour interrompre les faisceaux après le point cible.

Utilisez un logiciel pour le contrôle simultané des deux étapes de translation et des niveaux de puissance des deux lasers CO2. Pour ce dispositif, des capillaires fiables sont produits lorsqu'une étape se déplace rapidement, environ 10 millimètres par seconde, et l'autre lentement, environ 0,5 millimètre par seconde, dans la même direction afin d'alimenter davantage de matériau dans la zone de chauffage.

Les deux lasers sont réglés à 4,5 watts pendant une période de préchauffage de trois secondes, puis à cinq watts ou plus pendant le processus de traçage. Pour fabriquer le résonateur, utilisez de la silice fondue, un préforme capillaire, et coupez une longueur pouvant s'étendre entre les deux porte-échantillons sur la platine de translation linéaire, soit environ deux à quatre centimètres.

Ensuite, fixez le capillaire aux supports d'échantillon, de sorte que la zone cible du laser se situe approximativement au milieu de la longueur du capillaire. Lancez ensuite le logiciel de contrôle.

Le laser préchauffe le capillaire pendant trois secondes. Ensuite, le capillaire est étiré pendant environ 10 secondes. Lorsque le processus est terminé, retirez le capillaire étiré en ne manipulant que l'extrémité épaisse et non dépliée afin d'éviter toute contamination.

Accrochez le capillaire de manière à ce que la surface du résonateur propre soit suspendue dans l'air. Créez des capillaires de diamètres différents en modifiant les paramètres d'étirage et en répétant le processus de fabrication afin de garantir que les capillaires soient ouverts. Travaillez avec un récipient peu profond rempli d'eau et une seringue.

Prenez soigneusement un capillaire terminé et trempez une extrémité dans l'eau. Utilisez la seringue pour souffler de l'air par l'autre extrémité. La présence de bulles d'air indique que le capillaire est ouvert.

Avant de tester les capillaires, un support doit être fabriqué pour les monter. Pour ce faire, découpez trois morceaux de verre de un centimètre sur 0,5 centimètre à partir de lames de verre. En outre, découpez un morceau de verre de trois centimètres sur un demi-centimètre, également à partir d'une lame de verre.

Ensuite, utilisez un adhésif de collage pour verre ou de la colle cyanoacrylate pour assembler ces pièces en un EHA. Coupez ensuite à partir d'une pipette capillaire étirée un segment pouvant couvrir la distance entre deux branches adjacentes du support en forme de U et dépassant de part et d'autre. Utilisez un adhésif optique pour coller la capillaire de manière que ses extrémités dépassent des deux branches du support et que son centre soit suspendu entre celles-ci.

Ensuite, polymériser l'adhésif optique à l'aide d'une lampe de polymérisation UV à LED pendant la durée nécessaire. Environ 10 secondes, passez ensuite à l'obtention d'un tube en plastique dont le diamètre intérieur est légèrement plus grand que celui du capillaire. Insérez soigneusement un tube à chaque extrémité du capillaire monté.

Encore une fois, utilisez un adhésif optique pour sceller la connexion entre le capillaire et le, puis polymériser avec une lumière UV. Après polymérisation, l'ensemble est prêt à être monté. Utilisez la troisième branche de verre libre pour fixer la structure en place.

Cette expérience utilise un laser infrarouge à fibre accordable en longueur d'onde, relié à un générateur de fonctions, utilisé pour balayer périodiquement les longueurs d'onde du laser. La sortie du laser est d'abord dirigée à travers un contrôleur de polarisation.

À partir de là, il est couplé à un guide d'ondes en fibre effilée à bande télécom monomode proche d'une étape de positionnement nanométrique. Après la fibre effilée, la lumière traverse des atténuateurs afin de protéger les analyseurs en aval. Pour cette expérience, après l'atténuateur, la lumière est dirigée vers un photodétecteur relié à un analyseur de spectre électrique et à un oscilloscope.

Commencez l'expérience en stabilisant le laser et en lançant des balayages de la longueur d'onde du faisceau laser. Ensuite, récupérez le résonateur capillaire monté et fixez le support du résonateur capillaire sur la platine de positionnement nanométrique près de la fibre effilée. Puis, déplacez délicatement la platine afin d'amener le résonateur à environ un micron de la fibre effilée pour obtenir un couplage évanescent.

Alors que les longueurs d'onde sont balayées, les baisses de transmission du laser en fonction du temps, observées sur l'oscilloscope, indiquent la présence d'un couplage évanescent et de résonances. Utilisez l'analyseur de spectre pour rechercher les interférences temporelles entre la lumière laser d'entrée et la lumière diffusée. Ce signal d'interférence apparaît à la fréquence d'oscillation mécanique.

Dans cet exemple, un mode mécanique à 24,94 mégahertz est excité dans le capillaire par pression de radiation, en tentant de se verrouiller au mode optique correspondant à une oscillation mécanique en désactivant la balayage de fréquence du laser et en contrôlant la longueur d'onde du laser. En mode onde continue, des signaux périodiques apparaîtront sur un oscilloscope lorsqu'un mode mécanique est présent. Une fois maîtrisées, la fabrication du dispositif et les tests peuvent être réalisés en environ 45 minutes si l'opération est effectuée correctement.

Lors de l'exécution de cette procédure, il est important de se rappeler que le résonateur et la fibre effilée ne doivent jamais être manipulés manuellement, même avec des pinces. Cela permet de préserver la propreté des surfaces. Depuis son développement, cette technique a permis aux chercheurs dans le domaine de la mécanique optique en cavité d'explorer de nouvelles interactions avec les fluides et les analytes biologiques.