Sviluppo di Whispering Galleria polimerici modalità micro-ottici sensori di campo elettrico

Lo scopo del seguente esperimento è quello di misurare otticamente un campo elettrico utilizzando la modalità Whispering Gallery o fenomeni WGM. Ciò si ottiene eccitando i modi ottici della microsfera dielettrica, utilizzando una fibra ottica monomodale. Come secondo passo, un campo esterno viene applicato alla microsfera, che provoca uno spostamento nel WGM della microsfera.

Successivamente, gli spostamenti WGM e l'ampiezza del campo elettrico applicato vengono registrati su un pc. I risultati ottenuti mostrano la relazione tra gli spostamenti WGM e il campo elettrico applicato. I principali vantaggi di questa tecnica sono che i sensori sono molto più piccoli, consumano molta meno energia e c'è un miglioramento significativo della sensibilità di misurazione.

È stato ispirato dai recenti sviluppi nella tecnologia delle comunicazioni ottiche, questo metodo che può essere utilizzato in una gamma più ampia di campi, tra cui oland, sicurezza, difesa, previsione dei fulmini e le neuroscienze La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto ottenere un buon accoppiamento della luce tra la sfera e la fibra può essere difficile da imparare a causa della necessità di una posizione precisa tra la sfera e la fibra. Qui vengono studiati tre tipi di sensori a microsfera. Per preparare una sfera di tipo uno, iniziare con la base di polidimetilsloane o PDMS e l'agente indurente S guard 1 8 4 miscela di silice ed elastomero base PDMS e l'agente indurente con un rapporto in volume di 60 a uno.

Quindi, usa uno spogliarellista ottico per rimuovere un filo di due centimetri di fibra ottica di silice dalla sua giacca di plastica. Riscaldare un'estremità della fibra con una torcia a butano e allungarla per fornire un'estremità dello stelo di circa 25-50 micrometri di diametro. Sulla punta per creare una sfera, immergere l'estremità allungata della fibra nella miscela PDMS a una profondità da due a quattro millimetri, quindi estrarla dalla profondità finale della fibra nella miscela e dalla velocità con cui viene estratta, controlla la dimensione della sfera, seppellire questi due parametri per ottenere diametri della sfera nell'intervallo da 100 a 1000 micrometri.

Infine, posizionare il gruppo microsfera e stelo in un forno a circa 90 gradi centigradi per quattro ore per consentire una corretta polimerizzazione del materiale polimerico per le sfere AO triple di tipo due. Iniziare con la sfera di microsfere A-P-D-M-S, digitare uno sotto una cappa di flusso di lamina e, utilizzando una maschera, aggiungere tra circa il 2% a circa il 10% di volume di bario Titano otto nanoparticelle al PDMS 60 a uno e alla miscela di agenti indurenti utilizzata per creare la microsfera. Questa miscela formerà lo strato intermedio.

La quantità utilizzata determinerà le proprietà dielettriche della sfera. Immergere la microsfera PDMS nella miscela di titanato di bario PDS per rivestirla con uno strato con uno spessore nominale di circa 10 micrometri. Successivamente posizionare la sfera a due strati in forno, a circa 90 gradi centigradi per quattro ore per consentire una corretta stagionatura del secondo strato.

Una volta che la sfera a due strati è indurita e raffreddata a temperatura ambiente, immergerla nuovamente nella miscela PDMS 60 a uno per fornire un terzo strato esterno di circa 10 micrometri. Questo strato più esterno servirà come guida ottica sferica per la silice di tipo tre. Microsfere PDMS.

Inizia preparando un bagno di puro spazio PDMS. Inizia con una fibra ottica di silice monomodale e usa uno stripper ottico per rimuovere una sezione lunga tre centimetri del suo rivestimento tampone in plastica dalla sua estremità. Usa una torcia per fondere l'estremità della fibra, compreso il rivestimento e l'anima usando la tensione superficiale e la forma a gravità.

Le sfere di silice a sfera che vanno da 200 a 500 micrometri possono essere modellate dalla punta fusa dopo la fabbricazione. La microsfera di silice viene immersa nella base PDMS per ricoprirla con uno strato di circa 50 micrometri. Questo strato esterno rimane come un fluido di stress di snervamento altamente viscoso per la preparazione della fibra ottica.

Ancora una volta, inizia con la lunghezza della fibra ottica monomodale e usa uno sverniciatore ottico per rimuovere tre o quattro centimetri del suo tampone di plastica da qualche parte nel mezzo. Utilizzare una micro torcia per riscaldare la sezione della striscia della fibra fino a quando il rivestimento e l'anima della fibra non sono fusi. Quando il nucleo è fuso, tirare un'estremità della fibra ottica lungo il suo asse per formare una sezione rastremata lunga circa uno o due centimetri.

Il diametro della regione rastremata è determinato dalla durata del riscaldamento, dalla velocità di trazione e dalla distanza della trazione. La gamma di diametri è compresa tra 10 e 20 micrometri. Per sondare il sistema, accoppiare l'uscita del laser a feedback distribuito sintonizzabile nel vicino infrarosso con lunghezza d'onda nominale di 1,3 micron in un'estremità della fibra ottica monomodale preparata.

L'altra estremità deve essere terminata con un fotodiodo veloce. L'output del fotodiod viene digitalizzato e memorizzato su un computer. Utilizzare uno stadio di microtraslazione per portare una delle microsfere di tipo uno, due o tre a contatto con la sezione conica della fibra ottica per fornire l'accoppiamento ottico tra i due elementi.

Con un'uscita del generatore di funzioni, una tensione a dente di sega di circa 600 millivolt di ampiezza e una frequenza di un kilohertz. Questo viene inserito nel controller laser DFB. Un campo elettrico approssimativamente uniforme viene creato utilizzando due piastre di ottone di due centimetri per due centimetri, ciascuna con uno spessore di un millimetro.

Questi sono disposti come condensatori a piastre parallele e collegati a un'alimentazione di tensione. I sensori a sfera sono posizionati nello spazio tra le piastre. Un campo elettrico elevato e prolungato può essere utilizzato anche per aumentare la sensibilità di misura dei sensori.

Per raggiungere questo luogo, le sfere in un campo elettrico di un mega volt per metro per due ore prima di misurare lo spostamento della lunghezza d'onda della luce trasmessa. Nei dati qui riportati c'è la prova di un cambiamento nella geometria della sfera di tipo uno in presenza di un campo elettrico. Questo grafico mostra lo spostamento di modalità Whispering Gallery di una sfera di tipo uno sotto perturbazione di campo armonico e lo spostamento di modalità Whispering Gallery rispetto all'ampiezza del campo elettrico per la stessa sfera.

Qui è mostrato lo spostamento di modo di una sfera di tipo due e una perturbazione di campo armonico, e lo spostamento di modo di Whispering Gallery rispetto all'ampiezza del campo elettrico per una sfera di tipo due. Si noti che c'è un aumento della sensibilità rispetto a una sfera di tipo uno. Qui è mostrato lo spostamento di modalità Whispering Gallery di una sfera di tipo tre e una perturbazione di campo armonico.

E infine, il cambio di modalità Whispering Gallery rispetto all'ampiezza del campo elettrico. Per gli spettacoli della sfera di tipo tre, questo tipo ha la massima sensibilità. Un maestro in questa tecnica può essere eseguito in diverse ore, compresa la preparazione di sfere e fibre se eseguita correttamente.

Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante non contaminare la superficie della sfera Seguendo questa procedura. È possibile sviluppare altre tecniche di misurazione basate sugli spostamenti WGM, come quelle per il rilevamento del campo magnetico.