Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

L'obiettivo generale di questa procedura è realizzare e dimostrare oscillatori optomeccanici che operano con mezzi in fase fluida. Questo risultato si ottiene innanzitutto fabbricando dei risonatori optomeccanici microfluidici riscaldando e tirando preforme di capillari in vetro di silice fusa sotto illuminazione con laser al CO2. Il secondo passo consiste nel montare i dispositivi realizzati per le prove.

Successivamente, un laser a diodo viene utilizzato per pompare i modi ottici a galleria sussurrante del dispositivo realizzato mediante una fibra ottica affusolata. Infine, l'analisi spettrale elettronica dei segnali ottici in uscita viene utilizzata per mostrare l'interazione optomeccanica e la rilevazione attraverso modi meccanici nei fluidi. Questi dispositivi offrono una capacità precedentemente non disponibile di eseguire esperimenti di optomeccanica con materiali in fase fluida.

Generalmente, le persone nuove rispetto a questo metodo incontreranno difficoltà, poiché la fabbricazione, il processo, la necessità, la pratica e i parametri di fabbricazione devono essere ottimizzati. La dimostrazione di questo metodo è fondamentale, poiché l'azionamento e l'identificazione della modalità optomeccanica sono difficili da padroneggiare. I risonatori microfluidici saranno fabbricati riscaldando ed allungando preforme di capillari di vetro per realizzare questo primo allineamento.

Due stadi di traslazione lineare controllabili via software. Devono muoversi lungo la stessa linea e devono essere separati di alcuni centimetri in modo che il capillare possa estendersi attraverso il divario.

I supporti del campione sulle piattaforme devono essere allineati in modo da mantenere un capillare sull'asse. Lungo la direzione di movimento delle piattaforme, il riscaldamento verrà effettuato mediante due laser a CO2 prima di procedere. Adottare adeguate precauzioni di sicurezza quando si lavora con laser ad alta potenza.

Quindi indirizzare l'uscita dei laser in modo che colpiscano lo stesso punto nel vano tra le basi lineari. Tale punto deve corrispondere alla posizione in cui verrà sospeso un capillare. Utilizzare blocchi per fascio per arrestare i raggi dopo il punto bersaglio.

Utilizzare un software per il controllo simultaneo dei due stadi di traslazione e dei livelli di potenza dei due laser al CO2. Per questa configurazione, capillari affidabili vengono prodotti quando un stadio si muove velocemente, circa 10 millimetri al secondo, e l'altro lentamente, circa 0,5 millimetri al secondo, nella stessa direzione, per alimentare ulteriore materiale nella zona di riscaldamento.

Entrambi i laser sono impostati a 4,5 watt per un periodo di preriscaldamento di tre secondi. Successivamente a cinque watt o superiore durante il processo di tracciamento. Per realizzare il risonatore, utilizzare silice fusa, preforma capillare, tagliare un tratto lungo circa due-quattro centimetri in modo che possa estendersi tra i due portacampioni sullo stadio di traslazione lineare.

Successivamente, fissare il capillare ai supporti del campione in modo che la zona bersaglio del laser sia approssimativamente al centro della lunghezza del capillare. Procedere avviando il software di controllo.

Il laser preriscalda il capillare per tre secondi. Successivamente, il capillare viene tirato per circa 10 secondi. Al termine del processo, rimuovere il capillare allungato impugnando esclusivamente l'estremità spessa e non ripiegata per evitare contaminazioni.

Appendere il capillare in modo che la superficie del risonatore pulito sia sospesa in aria. Creare capillari con diametri diversi variando i parametri di trazione e ripetendo il processo di fabbricazione per assicurarsi che i capillari siano aperti. Lavorare con un vassoio basso pieno d'acqua e una siringa.

Prendere con attenzione un capillare finito e immergere un'estremità nell'acqua. Utilizzare la siringa per soffiare aria attraverso l'altra estremità. La formazione di bolle d'aria indica che il capillare è aperto.

Prima di testare i capillari, è necessario costruire un supporto per montarli. Per fare ciò, tagliare tre pezzi di vetro di un centimetro per 0,5 centimetri da vetrini. Inoltre, tagliare un pezzo di tre centimetri per mezzo centimetro da un vetrino.

Quindi utilizzare un adesivo per vetro o una colla istantanea per assemblare questi pezzi in un eha. Successivamente, tagliare da una pipetta capillare un tratto di lunghezza sufficiente a coprire la distanza tra due rami adiacenti del supporto a forma di U, estendendosi oltre essi. Utilizzare un adesivo ottico per incollare il capillare in modo che le sue estremità si protrudano oltre i due rami del supporto e il suo centro rimanga sospeso tra di essi.

Quindi polimerizzare l'adesivo ottico con una lampada LED a raggi UV per il tempo necessario. Dopo circa 10 secondi, procedere ottenendo un tubo di plastica con un diametro interno leggermente superiore a quello del capillare. Inserire con attenzione un tubo su ciascuna estremità del capillare montato.

Utilizzare nuovamente l'adesivo ottico per sigillare il collegamento tra il capillare e il componente, quindi polimerizzare con luce UV. Dopo la polimerizzazione, l'assemblaggio è pronto per essere montato. Utilizzare il terzo ramo di vetro libero per bloccare la struttura in posizione.

Questo esperimento utilizza un laser a infrarossi accoppiato a fibra con lunghezza d'onda accordabile, collegato a un generatore di funzioni, utilizzato per spazzolare periodicamente le lunghezze d'onda del laser. L'uscita del laser viene prima fatta passare attraverso un controllore di polarizzazione.

Da lì, viene accoppiato a un'onda guida in fibra ottica monomodale nella banda delle telecomunicazioni, affusolata, posta nelle vicinanze di una fase di posizionamento nanometrico. Dopo la fibra affusolata, la luce attraversa degli attenuatori per proteggere gli analizzatori a valle. In questo esperimento, dopo l'attenuatore, la luce viene indirizzata verso un fotodetectore collegato a un analizzatore di spettro elettrico e a un oscilloscopio.

Iniziare l'esperimento stabilizzando il laser e avviando le scansioni della lunghezza d'onda del fascio laser. Successivamente, recuperare il supporto del risonatore capillare e montare il portarisonatore capillare sullo stadio di posizionamento nanometrico vicino alla fibra affusolata. Quindi, traslare con attenzione lo stadio per avvicinare il risonatore a circa un micron dalla fibra affusolata, in modo da ottenere l'accoppiamento evanescente.

Quando le lunghezze d'onda vengono scansionate, le attenuazioni nella trasmissione del laser in funzione del tempo, osservate sull'oscilloscopio, indicano la presenza di accoppiamento evanescente e di risonanze. Utilizzare l'analizzatore di spettro per cercare interferenze temporali tra la luce laser in ingresso e la luce dispersa. Questa battuta si verifica alla frequenza di oscillazione meccanica.

In questo esempio, un modo meccanico a 24,94 megahertz viene eccitato nel capillare mediante la pressione di radiazione, cercando di bloccarlo al modo ottico corrispondente per un'oscillazione meccanica, spegnendo la scansione della frequenza del laser e controllando la lunghezza d'onda del laser. In modalità onda continua, segnali periodici appariranno su un oscilloscopio quando è presente un modo meccanico. Una volta acquisita la padronanza, la fabbricazione del dispositivo e i test possono essere completati in circa 45 minuti se eseguiti correttamente.

Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare che il risonatore e la fibra affusolata non devono mai essere manipolati manualmente, nemmeno con le pinzette. Questo al fine di mantenere la pulizia delle superfici. Da quando è stata sviluppata, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della meccanica ottica di cavità per esplorare nuove interazioni con fluidi e analiti biologici.