Nanodetectionのリファレンス干渉計の実装

Summary

nanodetectionにとって望ましくないレーザジッタノイズを除去するように設計された基準干渉計技術は、超高品質係数マイクロキャビティをプロービングするために利用される。アセンブリ、セットアップ、およびデータ取得のための命令は、キャビティ品質係数を特定するための測定処理と並んで設けられている。

Abstract

超高品質係数マイクロキャビティを調べるのに適した熱的および機械的に安定化された光ファイバ干渉計は時代遅れである。その自由スペクトル領域（FSR）を評価した後、モジュールは、ファイバテーパマイクロキャビティシステムと並列に配置し、次いでレーザ周波数（ すなわち、レーザジッタノイズ）ランダムシフトを単離し、そして排除することを介して較正。テーパーマイクロキャビティ接合を実現するために、共振器に転送される光パワーを最大化するために、単一モード光ファイバ導波路が引っ張られる。ポリスチレンナノビーズを含有する溶液を調製し、次いで、マイクロキャビティの表面に結合する感知するシステムの能力を実証するために、マイクロキャビティに流入される。データは、高解像度の品質係数の測定ならびにこのような共振波長分割周波数シフトなどの時間依存パラメータの描画を可能にする適応曲線フィッティングを介して、後処理されている。慎重にすることによりタイム·ドメイン応答のステップを検査し、周波数領域応答にシフトし、この装置は、別々の結合事象を定量化することができます。

Introduction

研究に従事nanodetectionと^1-8バイオセンシングを目的としたウィスパリングギャラリーモード（WGM）マイクロキャビティの使用に大幅に上昇している。これは、超高品質係数（Q）単一タンパク質レベル²まで非常に小さい生物学的粒子を同定するのに精通している光学キャビティを含む。つまり^{、9月11日、}小さなモード体積内の光エネルギーの空洞の閉じ込めで有効にすることができ、特別な感度で共鳴し、送信用のスプリット周波数の変化を監視し、ある。共振器の光学特性の変化は、次に、個別の分子またはナノ粒子の結合を起源とし、これらのシフトの原因である。このような用途のための三次元構造のWGM少ない洗練された例は、単にCO ₂レーザを使用して線引きされた光ファイバをアブレーションすることによって近傍の原子的に平滑な表面で製造できるシリカ微小球である。知られているように、10 ⁹のオーダーで高いQ-因子は^、1を得ることができる。

微小空洞の共振周波数は、従来同時にオシロスコープで捕捉された光伝送を光検出しながら可変レーザ光源の光周波数を走査することによって監視される。この技術固有の欠点は、レーザー波長またはレーザ·ジッタ変動から生じる伝送における液滴の位置に関する不確実性である。この複雑さを克服するために、干渉....

Protocol

1。基準干渉計の構築およびFSR測定

1. 建設
   1. オープントップのアクリルボックスを作成します。この構造体は、発泡スチロールの箱にX 16×16で16にしっかりするのに十分な大きさでなければなりません。
   2. オープントップのアクリルボックスに座って、完全に熱分離のための発泡スチロールの箱で囲まれる光学部品を収容するために3段階の棚ユニットを製作。発泡スチロールの箱の2つの高架穴は繊維がエンクロージャ全体に入り、出ることを可能にするために存在している必要があります。
   3. ^第3段階：第3dB方向性結合器からの1つの出力ファイバは、次に、別個の3dB方向性結合器の入力ポートに導く偏波コントローラにクランプされるべきである。
   4. ^第 2 ^段階 ：第一3dB方向性結合器の他方の出力ポートに由来する光ファイバの約16フィートでループを形成する。複数の残りの入力ポートにこの繊維を導く^第3ステージ上econd 3dB方向性結合器。
   5. 氷浴を形作る、その結果、0℃付近の光学部品の温度を維持するように、50％の液体の水と混合し、50％かき氷アクリルボックスを塗りつぶし
2. FSR測定
   1. 所望の波長でプローブレーザーを設定します。その出力は3dBパワースプリッタに接続されるように関数発生器を使用する。 3dBのスプリッタからの出力の....

Results

プロトコルに従った後、トレースは、コンパイルされ、装着することができる。周波数分割がDPBS培地において観察されたビデオで示されたように、図3aは、マイクロスフェアの典型的な共鳴構造を示す。ダブルローレンツ関数にA最小二乗適合は、左右の共振ディップの品質係数は、それぞれ2.1×10 ⁸であり、水性環境中で3.8×10 ⁸ことを示している。 FWHMの光周波数は、赤色ながらレーザ波長は、青色シフトされるときに共鳴スペクトルが得られることQ.注用の高分解能測定をもたらすもの、図3bにおける干渉信号と空洞スペクトルを比較することによって得られる。シフト測定収量同様のQ値。 図4は、透過曲線の二重ローレンツ当てはめが計算された、請求項製造することができる共振スペクトログラムを示す。キャリブレーションの面では、目電子レーザジッタノイズは、元の基準干渉計から抽出し、続いて、干渉計およびマイクロスフェア信号の両方から除去される。レーザジッタキャンセルの非存在下で、 図4aは、

Discussion

この電流設定は、プローブレーザ源のための任意のフィードバック制御を必要とせずに、このようなマイクロディスク、マイクロスフェア、及び、微小トロイドとしてWGMマイクロキャビティ、様々なプロービングすることが可能である。検出のためにかなりの信号対雑音比（SNR）は経路長及び粒子によって誘導される後方散乱効果によって設けられた段差シフトの強化を得ることができる。基準干渉計自体のシンプルさと低コストを考えると、この方法では、WGM空洞の性質を研究するか、活用するための効率的な手法である。

あるいは、マイクロキャビティ内を循環する電力を最適化することができ、共振をより効果的に位相変調（PM）ベースのパウンド-ド·ホール（PDH）周波数ロック及び振幅変調（AM）ベースの臨界結合フィードバック^15を採用することを介して永続化することができる。しかし、これはかなりの複雑さと支出を導入するコストがかかります。ノイズfPDHのアプローチのためのloorsも最近、このプロトコルでは詳細設計と比較して、少なくとも一桁で雑音指数を.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ポリスチレン ミクロスフェア	PolyScience
Dulbecco'S リン酸緩衝生理食塩水 (DPBS)	Life Technologies	14190
圧電ナノポジショナー System	Physik Instrumente	P-611.3S
バランス光検出器	Thorlabs	PDB120A
検出器	Newport	1801-FC
3 dB 光ファイバー指向性カプラー	Thorlabs	FC632-50B
10dB 光ファイバー指向性カプラー	Thorlabs	FC632-90B
ドロップイン偏波コントローラー	一般フォトニクス	PLC-003-S-25
機能発生器	ヒューレット・パッカード	33120A
フュージョン・スプライサー	エリクソン	FSU-925
高速オシロスコープ	Agilent	DS09404A
電動翻訳ステージ コントローラー付き	Thorlabs	MTS25-Z8E
シングルモード光ファイバー、600-800 nm、Oslash;125 Μm クラッディング	Thorlabs	SM600
リアルタイム電気スペクトラム分析装置	Tektronix	RSA3408B
光スペクトラム分析装置	Agilent	70951A
632.5 – 637 nm チューナブルレーザー	ニューフォーカス	TLB-6304
ろ過ポンプ	KNF
超音波洗浄機	クレスト超音波	Powersonic 1100D
小型ボルテク	サーVWR	VM-3000
の遠心分離機	のベックマン・コールター	のMicrofuge 22R