פיתוח של חיישני Whispering גלרית Mode פולימריים מייקר אופטי שדה חשמליים

מטרת הניסוי הבא היא למדוד אופטית שדה חשמלי באמצעות מצב Whispering Gallery או תופעת WGM. זה מושג על ידי ריגוש המצבים האופטיים של המיקרוספירה הדיאלקטרית, באמצעות סיב אופטי במצב יחיד. כצעד שני, מופעל שדה חיצוני על המיקרוספרה, הגורם לשינוי ב-WGM של המיקרוספרה.

לאחר מכן, משמרות ה-WGM וגודל השדה החשמלי המופעל נרשמים במחשב. התוצאות שהתקבלו מראות את הקשר בין משמרות ה-WGM לבין השדה החשמלי המופעל. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהחיישנים קטנים בהרבה, צורכים הרבה פחות חשמל ויש שיפור משמעותי ברגישות המדידה.

הוא קיבל השראה מההתפתחויות האחרונות בטכנולוגיית התקשורת האופטית, שיטה זו שניתן להשתמש בה במגוון רחב יותר של תחומים, כולל שטח, אבטחה, הגנה, חיזוי ברקים ומדעי המוח הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שהשגת צימוד אור טוב עם בין הכדור לסיב יכולה להיות קשה ללמידה בגלל הצורך במיקום מדויק בין הכדור לסיב. שלושה סוגים של חיישני מיקרוספרה נחקרים כאן. כדי להכין כדור מסוג אחד, התחל עם בסיס פולי דימתיל סלואן או PDMS וחומר הריפוי S guard 1 8 4 סיליקה ואלסטומר מערבבים בסיס PDMS וחומר הריפוי עם יחס נפח של 60 לאחד.

לאחר מכן, השתמש בחשפנית אופטית כדי להפשיט גדיל של שני סנטימטרים של סיב אופטי סיליקה ממעיל הפלסטיק שלו. מחממים קצה אחד של הסיב בעזרת לפיד בוטאן ומותחים אותו כדי לספק קצה גזע בקוטר של כ-25 עד 50 מיקרומטר. בקצה ליצירת כדור, טובלים את הקצה המתוח של הסיב בתערובת ה-PDMS לעומק של שניים עד ארבעה מילימטרים, ואז שולפים אותו החוצה את העומק הסופי של הסיב בתערובת ואת המהירות שבה הוא מופק, שולט בגודל הכדור, קובר את שני הפרמטרים הללו כדי לקבל קוטר כדור בטווח של 100 עד 1000 מיקרומטר.

לבסוף, הכניסו את מכלול המיקרוספירה והגבעול לתנור בטמפרטורה של כ-90 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות כדי לאפשר ריפוי נכון של החומר הפולימרי עבור כדורי AO משולשים מסוג שני. התחל עם כדור מיקרוספרה A-P-D-M-S, הקלד אחד מתחת למכסה הזרם של למינה, ובאמצעות מסכה הוסף בין 2% לסביבות 10% נפח של בריום טיטאן שמונה ננו-חלקיקים לתערובת PDMS וחומר ריפוי של 60 לאחד המשמשת ליצירת המיקרוספרה. תערובת זו תיצור את השכבה האמצעית.

הכמות המשמשת תקבע את התכונות הדיאלקטריות של הכדור. טובלים את המיקרוספירה PDMS בתערובת טיטנאט בריום PDS כדי לצפות אותה בשכבה בעובי נומינלי של כ-10 מיקרומטר. לאחר מכן מכניסים את כדור שתי השכבות לתנור, כ-90 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות כדי לאפשר ריפוי נכון של השכבה השנייה.

לאחר שהכדור הדו-שכבתי נרפא ומקורר לטמפרטורת החדר, טבלו אותו שוב בתערובת PDMS של 60 לאחד כדי לספק שכבה חיצונית שלישית של כ-10 מיקרומטר. שכבה חיצונית זו תשמש כמדריך אופטי כדורי לסיליקה מסוג שלוש. מיקרוספירות PDMS.

התחל בהכנת אמבטיה של מרחב PDMS טהור. התחל עם סיב אופטי סיליקה במצב יחיד, והשתמש בחשפנית אופטית כדי להפשיט קטע באורך שלושה סנטימטרים מציפוי החיץ הפלסטי שלו מהקצה שלו. השתמש בלפיד כדי להמיס את קצה הסיב, כולל החיפוי והליבה באמצעות מתח פנים וצורת כוח הכבידה.

ניתן לעצב את כדורי הסיליקה הכדוריים הנעים בין 200 ל-500 מיקרומטר מהקצה המומס לאחר הייצור. מיקרוספרת הסיליקה טובלת בבסיס ה-PDMS כדי לכסות אותה בשכבה של כ-50 מיקרומטר. שכבה חיצונית זו נשארת כנוזל מתח צמיג מאוד להכנת הסיבים האופטיים.

שוב, התחל באורך של סיב אופטי במצב יחיד והשתמש בחשפנית אופטית כדי להסיר שלושה עד ארבעה סנטימטרים ממאגר הפלסטיק שלו איפשהו באמצע. השתמש בלפיד מיקרו כדי לחמם את קטע הרצועה של הסיב עד שהחיפוי וליבת הסיבים מותכים. כאשר הליבה מותכת, משוך קצה אחד של הסיב האופטי לאורך צירו ליצירת קטע מחודד שאורכו כסנטימטר עד שני סנטימטרים.

קוטר האזור המחודד נקבע על פי משך החימום, מהירות המשיכה ומרחק המשיכה. טווח הקוטרים הוא בין 10 ל -20 מיקרומטר. כדי לחקור את המערכת, חבר את הפלט של לייזר משוב מבוזר מתכוונן באינפרא אדום הקרוב עם אורך גל נומינלי של 1.3 מיקרון לקצה אחד של הסיב האופטי המוכן.

יש לסיים את הקצה השני בדיודת צילום מהירה. פלט דיודת הצילום עובר דיגיטציה ומאוחסן במחשב. השתמש במיקרו-שלב תרגום כדי להביא את אחת המיקרוספירות מסוג 1, 2 או 3 במגע עם החלק המחודד של הסיב האופטי כדי לספק צימוד אופטי בין שני האלמנטים.

עם פלט מחולל פונקציות, מתח מסור של כ -600 מילי-וולט משרעת ותדר קילו-הרץ אחד. זהו קלט לבקר הלייזר DFB. שדה חשמלי אחיד בערך נוצר באמצעות שתי לוחות פליז בגודל שני סנטימטר על שני סנטימטרים, כל אחד בעובי של מילימטר אחד.

אלה מסודרים כקבל לוח מקביל ומחוברים לאספקת מתח. חיישני הכדור ממוקמים במרווח שבין הלוחות. שדה חשמלי גבוה ממושך יכול לשמש גם כדי להגביר את רגישות המדידה של החיישנים.

כדי להגיע למקום זה, הכדורים בשדה חשמלי של מגה וולט למטר במשך שעתיים לפני מודדים את השינוי באורך הגל של האור המועבר. בנתונים המוצגים כאן יש עדות לשינוי בגיאומטריית הכדור מסוג 1 בנוכחות שדה חשמלי. תרשים זה מציג את שינוי מצב הגלריה הלוחשת של כדור מסוג אחד תחת הפרעה בשדה הרמוני ושינוי מצב הגלריה הלוחשת לעומת משרעת השדה החשמלי עבור אותו כדור.

מוצג כאן שינוי מצב הגלריה הלוחשת של כדור מסוג שני והפרעה בשדה הרמוני, ושינוי מצב הגלריה הלוחשת לעומת משרעת השדה החשמלי עבור כדור מסוג שני. שימו לב שיש עלייה ברגישות בהשוואה לכדור מסוג 1. מוצג כאן שינוי מצב הגלריה הלוחשת של כדור מסוג שלוש והפרעה בשדה הרמוני.

ולבסוף, שינוי מצב הגלריה הלוחשת לעומת משרעת השדה החשמלי. עבור סוג שלוש הכדורים מראים לסוג זה יש את הרגישות הגדולה ביותר. מאסטר אחד בטכניקה זו יכול להיעשות תוך מספר שעות, כולל הכנת כדור וסיבים אם היא מבוצעת כראוי.

בעת ביצוע הליך זה, חשוב לא לזהם את משטח הכדור בעקבות הליך זה. ניתן לפתח טכניקות מדידה אחרות המבוססות על תזוזות WGM כגון אלה לגילוי שדה מגנטי.