Name: Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Découvrez la fabrication d'oscillateurs optomécaniques microfluidiques utilisant des capillaires de silice fondue et un laser CO2. Cette méthode permet d'étudier les interactions optomécaniques dans les fluides.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ce travail a été financé par le financement Startup de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, le programme DARPA ORCHID grâce à une subvention de l’AFOSR, la National Science Foundation par le biais de la subvention CMMI-1265164, et le programme de bourses de recherche supérieure de la National Science Foundation. Nous reconnaissons les discussions éclairantes avec le professeur Jack Harris, le professeur Pierre Meystre, le Dr Matt Eichenfield, le professeur Taher Saif et le professeur Rashid Bashir.

1. Fabrication de Ultra-haut-Q microfluidiques résonateurs <ol><li> Préparation de l&#39;installation de fabrication de capillaire <ol><li> Fabriquer la opto résonateur microfluidique de la façon suivante -. Chauffer une préforme capillaire en verre avec environ 10 W de CO rayonnement 2 laser à 10,6 microns de longueur d&#39;onde, et d&#39;en tirer le capillaire chauffé linéairement en utilisant des platines de translation motorisés figure 1 montre la disposition de la traduction linéaire étapes, les lasers, et l&#39;emplacement de la préforme capillaire avant le processus de tirage. </li><li> logiciel d&#39;automatisation adapté du programme pour contrôler simultanément les deux 2 lasers CO (pour le chauffage) et les deux étapes linéaires. Les deux étapes linéaires exécutent le procédé d&#39;étirage pour le tube capillaire au laser est chauffé. </li><li> L&#39;une des platines de translation doit être rapide (par exemple, 5 mm / s) pour le processus de dessin linéaire. Alimenter en matériau plus à la zone de chauffage avec le second, plus lent étage linéaire(Par exemple de 0,5 mm / s) puisque le matériau capillaire de la préforme se épuisée pendant le processus de traction. </li><li> Alignez les supports d&#39;échantillons sur les platines linéaires le long des deux axes verticaux et horizontaux. </li><li> Alignez soigneusement les deux CO 2 faisceaux laser de telle sorte qu&#39;ils visent au même endroit dans l&#39;espace (entre les détenteurs de l&#39;échantillon). Un morceau de papier-carton ou de papier sensible à la chaleur est utile pour ce procédé. Ne pas oublier d&#39;utiliser des lunettes de protection pour la sécurité laser. Ne baissez pas les yeux au niveau de la table. Utilisez des cales de faisceau, échappement de fumée, et la protection incendie. </li><li> Sélectionnez des paramètres raisonnables pour le processus de dessin. Par exemple, les paramètres suivants produisent de manière fiable une bonne taille capillaire - 10 mm / s vitesse de traction, de 0,5 mm / s alimentation en vitesse, 3 secondes de temps de préchauffage, 4,5 W préchauffage pouvoirs pour les lasers, et 5 puissances W de chauffage pour les deux lasers . </li><li> La modulation de la puissance du laser pendant la traction peut être utilisé pour contrôler le rayon de capillaire de la longueur au cours de la pro d&#39;étirageprocessus pour former les résonateurs «bouteille». Un exemple est montré sur la figure 2d. Sélectionnez les paramètres de modulation appropriés: 3 fréquences Hz, 6 W et 3 W pour des puissances laser, et le cycle de service de 50%. </li></ol></li><li> Fabrication de résonateurs opto microfluidiques <ol><li> Couper un temps suffisamment long segment (environ 4.2 cm) de capillaire en silice fondue de telle sorte qu&#39;elle peut atteindre les deux supports fixés aux platines de translation linéaire. </li><li> Monter l&#39;échantillon capillaire sur les supports d&#39;échantillon de telle sorte que la zone cible du laser est à peu près au milieu du capillaire. Réajuster l&#39;alignement laser CO 2 si nécessaire. </li><li> Tirez le capillaire en utilisant les paramètres comme indiqué dans 1.1.6. Première préchauffer le capillaire pendant quelques secondes (Figure 2a), puis tirez-le avec ou sans modulation du laser (paramètres 1.1.7) selon les besoins. </li><li> Retirer le capillaire étiré (figure 2b) à partir du support d&#39;échantillon. Le manipuler avec des gants à deuxd&#39;épaisseur se termine uniquement, afin de ne pas contaminer la surface du résonateur propre. </li><li> Varier les paramètres de traction à fabriquer capillaires de diamètres différents. Typiquement, le diamètre externe varie de 30 um à 200 um en fonction des conditions de traction. </li></ol></li><li> Montage de l&#39;appareil fabriqué pour les tests <ol><li> Préparer un support de verre E de forme (figure 2c). Couper trois 1 cm x 0,5 cm et 3 cm une morceaux de verre x 0,5 cm à partir de lames de verre. Les assembler en une forme de E en utilisant un adhésif de verre ou superglue. </li><li> Couper une longueur de capillaire microfluidique de l&#39;échantillon tiré. Cette longueur doit être supérieure à la distance entre deux branches adjacentes de verre sur le support E de forme. </li><li> Collez le dispositif de micro-capillaire sur le support en utilisant un adhésif optique tout en veillant à garder une partie intacte suspendu entre deux branches de la porte E de forme. Durcir l&#39;adhésif optique avec une source de lumière LED UV durcissement pendant 10 sec. Figures 2cet 2d montrent le produit fini. </li><li> Insérez soigneusement les deux extrémités du résonateur monté en deux tubes en matière plastique légèrement plus grands (par exemple de 200 um de diamètre interne). Colle et traitement UV deux extrémités pour les tubes en plastique avec de la colle optique. </li><li> Fixer la structure E de forme de la troisième (gratuit) branche de verre à un dispositif de montage serré pour les tests. Le facteur de qualité du résonateur optique microfluidique final dépend de la façon dont les lasers de fabrication ont été alignées et la stabilité de leurs niveaux de puissance étaient. </li></ol></li></ol> 2. Installation expérimentale pour les essais optomécanique <ol><li> Fabrication de fibre optique effilée <ol><li> Préparer un mode unique de télécommunications en bande fibre optique de longueur désirée (par exemple, quelques pieds). segment de fibre doit être suffisamment long pour être monté à la fois dans la zone de rétrécissement et reliée à l&#39;installation (figure 4). La méthode conique expliqué ici est similaire à ce qui est suggested et démontrée dans 22. </li><li> Connecter le segment de fibre préparé au reste du dispositif expérimental utilisant n&#39;importe quel procédé commode fibre-épissage. </li><li> Monter le segment de fibre épissé sur deux extracteurs linéaires qui se font face. </li><li> Dénuder la gaine de fibre dans le centre du fragment de fibre monté pour exposer la zone de gainage. C&#39;est là cône sera fabriqué. Nettoyez la zone décapée avec du méthanol. </li><li> Allumez le laser accordable pour voir l&#39;émission en temps réel sur un oscilloscope. Veillez à régler les atténuateurs de sorte que photodétecteurs ne sont pas endommagés. </li><li> Placer une buse étroite brûleur de gaz hydrogène immédiatement au-dessous de la partie non gainé de la fibre. Suivez toutes les procédures de sécurité recommandées lorsque vous travaillez avec des gaz inflammables sous pression comme l&#39;hydrogène. D&#39;autres sources de combustion &quot;propre&quot; de flamme ou de chauffage en céramique peuvent également être utilisés. </li><li> Avant d&#39;allumer le gaz, vérifier le débit de sorte que la flamme ne sera pas tropgrande (une flamme 1-2 cm de hauteur est suffisante). Notez que la flamme est la plupart du temps invisible mais peut être considéré comme une lueur orange pâle dans une pièce sombre. Le débit d&#39;hydrogène doit être réglé à un point où la flamme allumée va adoucir adéquatement la fibre de verre. </li><li> Allumez la flamme. Dès que la flamme est allumée, commencer à tirer la fibre en utilisant les étapes motorisés. Vitesse de traction approprié dépend du débit de gaz d&#39;hydrogène et de voisinage de la flamme. REMARQUE: La transmission par la fibre va commencer à montrer le comportement d&#39;oscillation temporelle comme tirant continue. Ceci indique un fonctionnement multimode. </li><li> Lorsque comportement oscillatoire s&#39;arrête et affiche un signal immuable au fil du temps, cessez de tirer et turn-off de la flamme immédiatement. C&#39;est alors monomode conique est obtenue. Vérifiez la transmission. Si la transmission est trop faible, répéter la procédure à partir de 2.1.1. avec un taux de modification de débit de gaz, la taille de flamme, et l&#39;emplacement de la flamme. À l&#39;occasion, une faible transmission pourrait être dû à un mauvais alignement à l&#39;étape 2.1.3. ou en raison de contaion de la gaine exposée. </li><li> Si la transmission résultant à travers le cône est satisfaisante, attendre quelques minutes pour refroidir la bougie. </li><li> Inspecter la bougie sous un microscope. Pour les longueurs d&#39;onde 1550 nm opérationnel, diamètre typique de la conicité monomode est de l&#39;ordre de 1-2 um. </li></ol></li><li> Taper couplage de GTR et la recherche de signaux électroniques indiquant la vibration <ol><li> Mettre en place l&#39;expérience dans la configuration représentée sur la figure 3. Vibrations mécaniques peuvent être générés à la fois par l&#39;ABS et RP par la même configuration expérimentale. Afin de détecter clairement les signaux rétrodiffusés comme dans le cas de l&#39;arrière-SBS 4,21, utiliser un circulateur entre cône et laser accordable. </li><li> Avant de mettre le laser accordable infrarouge, assurez-vous de mettre en place des atténuateurs de sorte que photodétecteurs ne sont pas endommagés. </li><li> Allumez et stabiliser le laser accordable infrarouge. Un générateur de fonction est utilisé pour balayer la fréquence de l&#39;IR d&#39;entréelaser. </li><li> Montez le support de résonateur sur une scène de nanopositionnement. Ramener ensuite avec précaution le résonateur à proximité de la fibre conique afin d&#39;obtenir un couplage évanescent. Comme la fréquence du laser est balayée, résonances optiques apparaissent comme trempettes dans la transmission de l&#39;oscilloscope, comme dans la figure 2b de 22. </li><li> Connectez la sortie de photodétecteurs à un analyseur de spectre électrique (ESA), où l&#39;interférence temporelle (c.-à-battement de note) entre la lumière laser d&#39;entrée et la lumière diffusée peut être observée. Cette interférence temporelle se produit à la fréquence d&#39;oscillation mécanique. La fonction &quot;peak hold&quot; sur l&#39;analyseur de spectre est souvent utile dans la recherche initiale de vibrations mécaniques. </li><li> Utilisez une plus grande puissance d&#39;entrée lors de la recherche initiale de vibrations mécaniques, en particulier lorsque des liquides sont présents à l&#39;intérieur du dispositif. REMARQUE: En général, la puissance d&#39;entrée de l&#39;ordre de 100 mW à l&#39;appareil est suffisante pour exciter mécavibration iCal. </li><li> Si oscillation mécanique est observée, tenter de se synchroniser sur le mode optique pertinent en désactivant le balayage de fréquence du laser et à commander la longueur d&#39;onde du laser en mode CW. Ici, à la fois oscilloscope et un analyseur de spectre sont utiles en tandem. Signaux périodiques apparaissent sur ​​l&#39;oscilloscope lorsqu&#39;un mode mécanique est présente, comme on le voit sur ​​la figure 5 et 1,6. </li></ol></li></ol> 3. Mesure opto-mécanique Vibrations <ol><li> Signature optique et électronique de la pression de radiation (RP) des modes <ol><li> Comme décrit à la section 2.2, les oscillations mécaniques seront observés quand le cône et le dispositif sont correctement couplés, les modes optiques et mécaniques périphériques possèdent Q-facteurs suffisants, et un apport suffisant puissance optique est fourni. Si oscillations dans la gamme de 10 MHz - 1 GHz ne sont pas respectées, la tentative de changer la polarisation pour examiner les différentes résonances, ou augmenter la puissance d&#39;entrée de laser accordable afin desurmonter le seuil minimum pour l&#39;oscillation. En augmentant la puissance d&#39;entrée, toujours être prudent de ne pas saturer les photodétecteurs. En outre, comme il est décrit au point 8, la distance de couplage est un facteur clé pour les différents modes de RP excitants. </li><li> Si les modes mécaniques ne sont toujours pas respectées, essayez mesure du facteur de qualité optique. Pour résonateurs optomécaniques microfluidiques, les résultats montrent que le facteur de qualité optique de 10 6 est suffisante pour exciter les oscillations paramétriques 13. NOTE: Habituellement, les modes de RP se manifesteront oscillations comme électroniques sur l&#39;analyseur de spectre accompagnés de leurs harmoniques, comme on le voit sur ​​la figure 5 résultats représentatifs seront discutés dans la section 4.. </li><li> Utiliser un balayage de Fabry-Perot ou à haute résolution analyseur de spectre optique afin de détecter les bandes latérales optiques qui sont générés en raison de la modulation d&#39;amplitude et de phase, qui est à son tour la cavité induite par déformation périodique. Un exemple de mesure peut être seen figure 3h de 1. </li></ol></li><li> Signature optique et électronique de modes acoustiques chuchotement galerie <ol><li> La fréquence acoustique d&#39;arrière-SBS de verre de silice est d&#39;environ 11 GHz lors d&#39;un laser de pompe de 1,5 micron est utilisé 4,23. Utilisez un circulateur qui surveille la lumière diffusée en retour et une petite quantité de pompe diffusée de Rayleigh, d&#39;observer des signaux électroniques pour ces modes de vibration. Utiliser un analyseur de spectre optique à haute résolution pour résoudre la lumière diffusée. Un exemple de mesure est représenté sur la figure 2 sur 4. </li><li> Utilisez la note de battement entre la lumière diffusée vers l&#39;avant et le laser de pompe à observer fréquence inférieure (sous-1 GHz) des modes acoustiques chuchotement galerie. </li><li> En raison de la rigidité mécanique plus faible dans la direction de la respiration, le signal de SBS est parfois plus faible que le signal à partir des modes de RP. Encore une fois, balayer le laser à faible vitesse, et utiliser &quot;peak hold&quot; sur le spectrhum analyseur pour aider à trouver le signal SBS. </li><li> Notez que contrairement modes de respiration RP-excité, modes acoustiques chuchotement galerie SBS-excités ne présentent pas d&#39;harmoniques dans le spectre optique et électronique (sauf excitation cascade se déroule 4,24). Au lieu de cela une seule bande latérale Stokes apparaît pour les modes SBS. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Carmon, T., Rokhsari, H., Yang, L., Kippenberg, T., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+Behavior+of+Radiation-Pressure-Induced+Vibrations+of+an+Optical+Microcavity+Phonon+Mode%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Temporal Behavior of Radiation-Pressure-Induced Vibrations of an Optical Microcavity Phonon Mode.</a> Physical Review Letters. 94 (22), (2005).</li>
<li>Rokhsari, H., Kippenberg, T., Carmon, T., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation-pressure-driven+micro-mechanical+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Radiation-pressure-driven micro-mechanical oscillator.</a> Optics Express. 13 (14), 5293-5301 (2005).</li>
<li>Kippenberg, T. J., Rokhsari, H., Carmon, T., Scherer, A., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Radiation-Pressure+Induced+Mechanical+Oscillation+of+an+Optical+Microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Analysis of Radiation-Pressure Induced Mechanical Oscillation of an Optical Microcavity.</a> Physical Review Letters. 95 (3), 033901(2005).</li>
<li>Tomes, M., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+Micro-Electromechanical+Systems+Vibrating+at+X-band+%2811-GHz%29+Rates%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Photonic Micro-Electromechanical Systems Vibrating at X-band (11-GHz) Rates.</a> Physical Review Letters. 102 (11), (2009).</li>
<li>Grudinin, I. S., Matsko, A. B., Maleki, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brillouin+lasing+with+a+CaF2+whispering+gallery+mode+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Brillouin lasing with a CaF2 whispering gallery mode resonator.</a> Physical Review Letters. 102 (4), 043902(2009).</li>
<li>Bahl, G., Zehnpfennig, J., Tomes, M., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+optomechanical+excitation+of+surface+acoustic+waves+in+a+microdevice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice.</a> Nature Communications. 2 (403), (2011).</li>
<li>Dainese, P., Russell, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Brillouin+scattering+from+multi-GHz-guided+acoustic+phonons+in+nanostructured+photonic+crystal+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Stimulated Brillouin scattering from multi-GHz-guided acoustic phonons in nanostructured photonic crystal fibres.</a> Nature Physics. 2 (6), 388-392 (2006).</li>
<li>Carmon, T., Cross, M. C., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+Quivering+of+Micron-Scaled+On-Chip+Resonators+Excited+by+Centrifugal+Optical+Pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Chaotic Quivering of Micron-Scaled On-Chip Resonators Excited by Centrifugal Optical Pressure.</a> Physical Review Letters. 98 (16), 167-203 (2007).</li>
<li>Armani, D., Min, B., Martin, A., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+thermo-optic+tuning+of+ultrahigh-Q+microtoroid+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrical thermo-optic tuning of ultrahigh-Q microtoroid resonators.</a> Applied Physics Letters. 85 (22), 5439-5441 (2004).</li>
<li>Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Ilchenko, V. S., Seidel, D., Maleki, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+opto-mechanical+oscillator+and+frequency+comb+generator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave opto-mechanical oscillator and frequency comb generator.</a> Optics Letters. 36 (17), 3338-3340 (2011).</li>
<li>Bahl, G., Tomes, M., Marquardt, F., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+spontaneous+Brillouin+cooling%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Observation of spontaneous Brillouin cooling.</a> Nature Physics. 8 (3), 203-207 (2012).</li>
<li>Bahl, G., Kim, K. H., Lee, W., Liu, J., Fan, X., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brillouin+cavity+optomechanics+with+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Brillouin cavity optomechanics with microfluidic devices.</a> Nature Communications. 4 (1994), (1994).</li>
<li>Kim, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cavity+optomechanics+on+a+microfluidic+resonator+with+water+and+viscous+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Cavity optomechanics on a microfluidic resonator with water and viscous liquids.</a> Light: Science and Applications. , available: 
 
 <a target="_blank" href="http://arxiv.org/abs/1205.5477">http://arxiv.org/abs/1205.5477</a> (2013).</li>
<li>Sumetsky, M., Dulashko, Y., Windeler, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+microbubble+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical microbubble resonator.</a> Optics Letters. 35 (7), 898-900 (2010).</li>
<li>Lee, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quasi-droplet+optofluidic+ring+resonator+laser+using+a+micro-bubble%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">A quasi-droplet optofluidic ring resonator laser using a micro-bubble.</a> Applied Physics Letters. 99 (9), 091102-091103 (2011).</li>
<li>Junge, C., Nickel, S., O’Shea, D., Rauschenbeutel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bottle+microresonator+with+actively+stabilized+evanescent+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Bottle microresonator with actively stabilized evanescent coupling.</a> Optics Letters. 36 (17), 3488-3490 (2011).</li>
<li>Bahl, G., Fan, X., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+whispering-gallery+modes+in+optomechanical+shells%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Acoustic whispering-gallery modes in optomechanical shells.</a> New Journal of Physics. 14 (11), 115026(2012).</li>
<li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Critical+Coupling+in+a+Fiber+Taper+to+a+Silica-Microsphere+Whispering-Gallery+Mode+System%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation of Critical Coupling in a Fiber Taper to a Silica-Microsphere Whispering-Gallery Mode System.</a> Physical Review Letters. 85 (1), 74-77 (2000).</li>
<li>Burg, T. P., Manalis, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suspended+microchannel+resonators+for+biomolecular+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Suspended microchannel resonators for biomolecular detection.</a> Applied Physics Letters. 83 (13), 2698-2610 (2003).</li>
<li>Burg, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weighing+of+biomolecules%2C+single+cells+and+single+nanoparticles+in+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fluid.</a> Nature. 446 (7139), 1066-1069 (2007).</li>
<li>Li, J., Lee, H., Chen, T., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+high+coherence%2C+Brillouin+microcavity+laser+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Characterization of a high coherence, Brillouin microcavity laser on silicon.</a> Optics Express. 20 (18), (2012).</li>
<li>Knight, J. C., Cheung, G., Jacques, F., Birks, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase-matched+excitation+of+whispering-gallery-mode+resonances+by+a+fiber+taper%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper.</a> Opt. Lett. 22 (15), 1129-1131 (1997).</li>
<li>Boyd, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBoyd%2C+RW+%22Nonlinear+Optics%22">Nonlinear Optics</a>. , Acad. Press. (2003).</li>
<li>Li, J., Lee, H., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+synthesizer+using+an+on-chip+Brillouin+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Microwave synthesizer using an on-chip Brillouin oscillator.</a> Nature Communications. 4 (2097), (2013).</li>
<li>Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+thermal+behavior+and+thermal+self-stability+of+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities.</a> Optics Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).</li>
</ol>

Nous n’avons rien à divulguer.

Nous avons fabriqué et testé un nouveau dispositif qui relie entre optomécanique de cavité et de la microfluidique en utilisant des résonances optiques haute Q pour exciter (et interroger) les vibrations mécaniques. Il est surprenant que de multiples mécanismes d&#39;excitation sont disponibles dans le même dispositif, ce qui génère une variété de modes de vibration mécanique à des taux couvrant 2 MHz à 11 300 MHz. La pression de radiation centrifuge prend en charge les modes de verre à vin et des modes de respiration d...

optomécanique de cavité étudie le couplage paramétrique entre les modes de phonons et les modes de photons dans microrésonateurs au moyen de la pression de radiation (RP) 1-3 et la diffusion Brillouin stimulée (SBS) 4-6. SBS et des mécanismes de RP ont été mises en évidence dans de nombreux systèmes optiques différents, tels que des fibres, des microsphères 7 4,6,8, 1,9 tores, et des résonateurs cristallins 5,10. Grâce à ce couplage photon-phonon, à la fois de refroidissement 11 et l&#39;excitation de 6,10 modes mécaniques ont été démontrés. Cependant, presque tous ont déclaré optomécanique expériences sont à des phases solides de la matière. C&#39;est parce que l&#39;immersion liquide directe des dispositifs opto-mécaniques dans les résultats considérablement augmenté la perte acoustique radiatif en raison de l&#39;impédance plus élevée de liquides par rapport à l&#39;air. En outre, dans certaines situations, les mécanismes de pertes dissipatives dans les liquides peuvent dépasser les pertes radiatives acoustiques. Récemment, un nouveau type de creux opto-oscillateur avec une géométrie de micro-capillaire a été introduit 12-15, et qui, par conception est équipé pour des expériences microfluidiques. Le diamètre de ce capillaire est modulé sur sa longueur pour former de multiples «résonateurs de bouteille» qui confinent simultanément optiques chuchotement galerie résonances 16 ainsi que les modes de résonance mécaniques 17. Familles multiples de modes de résonance mécaniques participent, y compris les modes de respiration, modes vin en verre, et les modes acoustiques chuchotement galerie. Le verre de vin (onde stationnaire) et chuchotement galerie acoustique (à ondes progressives) résonances sont formés lorsqu&#39;une vibration avec un multiple entier de longueurs d&#39;onde acoustique se produit autour de la circonférence de l&#39;appareil. La lumière est couplé de manière évanescente dans les chuchotements-gallery modes optiques de ces «bouteilles» au moyen d&#39;une fibre optique effilée 18. Le confinement du liquide à l&#39;intérieur du résonateur 19,20 capillaire, en tant queopposition à l&#39;extérieur, permet à des facteurs élevés simultanément mécanique et optique de qualité, ce qui permet l&#39;excitation optique des modes mécaniques par l&#39;intermédiaire d&#39;à la fois RP et SBS. Comme on l&#39;a représenté, ces excitations mécaniques sont capables de pénétrer dans le fluide à l&#39;intérieur du dispositif 12,13, formant un mode de résonance solide-liquide commune, permettant ainsi une interface opto-mécanique à l&#39;intérieur de l&#39;environnement fluidique. Dans cet article, nous décrivons la fabrication, RP et SBS actionnement, et les résultats de mesure représentatifs de ce nouveau système opto-mécanique. Matériels et outils listes spécifiques sont également prévues.

<table><tbody><tr><td>Laser IR accordable</td><td>Newfocus</td><td>TLB-6328</td><td></td></tr><tr><td>Photodétecteurs</td><td>Newfocus</td><td>1811-FC (Basse vitesse 125MHz) / 1611-FC-AC (Haute vitesse 1GHz)</td><td></td></tr><tr><td>Fibre optique</td><td>Corning</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>Silice capillaire</td><td>PolyMicro</td><td>TSP700850</td><td></td></tr><tr><td>10,6 um longueur d’onde CO2 laser</td><td>Synrad</td><td>48-1KWM et 48-2KWM</td><td></td></tr><tr><td>Colle optique à durcissement UV</td><td>Thorlabs</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Tubing</td><td>Tygon</td><td>EW-06418-01</td><td></td></tr><tr><td>Seringues</td><td>B-D</td><td>YO-07940-12</td><td></td></tr><tr><td>Needles</td><td>Weller</td><td>KDS201P</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre électrique</td><td>Agilent Technologies</td><td>N9010A (EXA Signal Analyzer)</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre électrique</td><td>Tektronix</td><td>6114A (RSA, Analyseur de spectre en temps réel)</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre optique</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix</td><td>DPO 4104B-L</td><td></td></tr><tr><td>Miroirs dorés</td><td>II-VI Infrarouge</td><td>836627</td><td></td></tr><tr><td>Platine linéaire (lente)</td><td>DryLin</td><td>H1W1150</td><td></td></tr><tr><td>Platine linéaire (rapide)</td><td>PBC Linéaire</td><td>MTB055D-0902-14F12</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre optique Fabry Perot</td><td>Thorlabs</td><td>SA 200-14A (FSR : 1,5 GHz)</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavité optomécanique expériences paramétrique coupler les modes de phonons et les modes de photons ont été étudiés dans différents systèmes optiques, y compris microrésonateurs. Expériences opto Toutefois, en raison de l&#39;augmentation des pertes radiatives acoustiques pendant immersion liquide directe de dispositifs opto-mécaniques, presque tous publiés ont été réalisées en phase solide. Cet article traite d&#39;un opto microfluidique creux résonateur récemment introduit. Méthodologie détaillée est fournie pour fabriquer ces résonateurs microfluidiques ultra-haute Q, effectuer des tests de optomécanique, et mesurer le rayonnement mode de respiration commandé par la pression et mode de galerie vibrations paramétriques SBS-entraînés. En limitant les liquides à l&#39;intérieur du résonateur capillaire, facteurs élevés mécanique et optique de qualité sont maintenues simultanément.

Les capillaires produites par cette méthode sont minces (entre 30 um et 200 um), claire et très souple, mais sont suffisamment solides pour la manipulation directe. Il est important de protéger la surface extérieure du dispositif capillaire contre la poussière et à l&#39;eau (humidité), afin de maintenir un haut facteur de qualité optique (Q). En plongeant une extrémité du capillaire dans l&#39;eau et souffler de l&#39;air à travers le tube capillaire au moyen d&#39;une seringue, on peut vérifier si le capillaire à trav...

Des excitations optomécaniques paramétriques ont récemment été démontrées expérimentalement dans des résonateurs optomécaniques microfluidiques au moyen de la pression de rayonnement optique et de la diffusion Brillouin stimulée. Cet article décrit la fabrication de ces résonateurs microfluidiques ainsi que les méthodologies de génération et de vérification des oscillations optomécaniques.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

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

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.

fabrication-and-testing-of-microfluidic-optomechanical-oscillators

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

On décrit l'utilisation d'une technique de carbone du dioxyde de refusion au laser pour fabriquer des cavités résonnantes silice, y compris autoportante microsphères et sur puce microtoroids. La méthode de refusion d'éliminer les imperfections de surface, ce qui permet de longues durées de vie des photons dans les deux appareils. Les dispositifs qui en résultent ont des facteurs de haute qualité ultra, permettant aux applications allant des télécommunications aux biodétection.

Fabrication de silice Ultra High microrésonateurs facteur de qualité

Dans cette vidéo, nous décrivons d'abord les procédures de fabrication et d'exploitation d'une onde acoustique de surface (SAW) de l'appareil à contre-courant de l'acoustique. Nous démontrons ensuite un dispositif expérimental qui permet à la fois la visualisation des écoulements analyse qualitative et quantitative des flux complexes dans le dispositif de pompage SAW.

Fabrication, l&#39;exploitation et la visualisation des écoulements en surface à ondes acoustiques axées microfluidique-Acoustiques contre-courant

dispositifs Acoustofluidic utilisent des ondes ultrasonores dans les canaux microfluidiques pour manipuler, se concentrer et d'isoler micro suspendu et entités nanoscopiques. Ce protocole décrit la fabrication et le fonctionnement d'un tel dispositif de support des ondes stationnaires acoustiques de volume pour se concentrer des particules dans une ligne de courant central sans l'aide de fluides de gaine.

Fabrication et fonctionnement de Acoustofluidic Dispositifs de support en vrac ondes acoustiques permanents pour introducteur Mise au point des particules

Les auteurs décrivent le processus de fabrication et les essais des thermomètres photoniques.

Fabrication et essai de thermomètres photoniques

Des protocoles pour la synthèse de microsphères à partir de polymères, la manipulation de microsphères et les mesures de micro-photoluminescence sont présentés.

Fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser

Ce protocole décrit la fabrication des dispositifs microfluidiques de MY133-V2000 pour éliminer les artefacts qui se posent souvent en microcanaux en raison des indices de réfraction incompatible entre les structures de microcanaux et une solution aqueuse. Ce protocole utilise un support acrylique pour compresser l’appareil encapsulé, améliorant l’adhérence chimiquement et mécaniquement.

Fabrication de dispositifs de réfraction-index-assortie de microfluidique biomédicale

Ici, nous présentons un protocole pour concevoir et fabriquer des dispositifs microfluidiques personnalisés avec un minimum d'investissement financier et de temps. L'objectif est de faciliter l'adoption de technologies microfluidiques dans les laboratoires de recherche biomédicale et les milieux éducatifs.

Fabrication rapide d'appareils microfluidiques personnalisés pour la recherche et les applications éducatives

Un protocole pour la culture et la manipulation de tissu embryonnaire de souris sur une puce microfluidique est fourni. En appliquant des impulsions de modulateurs de voie, ce système peut être utilisé pour contrôler de l’extérieur les oscillations de signalisation pour l’étude fonctionnelle de la somitogenèse de la souris.

Une approche microfluidique pour l’étude fonctionnelle des oscillations de signalisation régissant la somitogenèse

Le protocole démontre une méthode pratique pour produire un flux oscillatoire harmonique de 10 à 1000 Hz dans des microcanaux. Ceci est effectué en interfaçant un diaphragme de haut-parleur contrôlé par ordinateur au microcanal de manière modulaire.

Assemblage et caractérisation d’un pilote externe pour la génération d’un flux oscillatoire submillétz dans des microcanaux

Ce protocole présente une méthode de fabrication d’une puce microfluidique à double couche et d’analyse de la croissance microbienne sous des oscillations rapides de l’oxygène. Les performances de l’appareil ont été validées par la détection de l’oxygène dans les canaux fluides et la culture microbienne.

Création d’oscillations rapides de l’oxygène dans l’analyse de la croissance microbienne d’une cellule unique à l’aide d’un dispositif microfluidique à double couche

Cet article retrace le cycle de vie d’un résonateur à membrane en nitrure de silicium, de la conception à la caractérisation en passant par la fabrication.

Fabrication et caractérisation de résonateurs à membrane en nitrure de silicium à haut Q

Découvrez la fabrication d'oscillateurs optomécaniques microfluidiques utilisant des capillaires de silice fondue et un laser CO2. Cette méthode permet d'étudier les interactions optomécaniques dans les fluides.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Explorer plus de vidéos