作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

この手順の全体的な目標は、流体相媒体で動作するオプトメカニカル発振器を作製し、実証することです。これは、最初にCO2レーザー照射下で溶融シリカガラスキャピラリープリフォームを加熱および描画することにより、マイクロ流体オプトメカニカル共振器を製造することによって達成されます。2番目のステップは、テスト用に製造されたデバイスを実装することです。

次に、ダイオードレーザーを使用して、テーパー光ファイバーを使用して、作製されたデバイスの光ウィスパリングギャラリーモードをポンピングします。最終的に、出力光信号の電子スペクトル解析を使用して、流体の機械的モードを介したオプトメカニカル相互作用とセンシングを示します。これらのデバイスは、これまで利用できなかった流体相材料でオプト力学実験を行う機能を提供します。

一般に、この方法に不慣れな個人は、製造、プロセス、必要性、実践、および製造パラメータを最適化する必要がある原因に苦労します。オプトメカニカルモードの作動と識別を習得するのが難しいため、この方法のデモンストレーションは非常に重要です。マイクロ流体共振器は、ガラスキャピラリープリフォームを加熱して描画することにより製造され、この最初の位置合わせを実現します。

ソフトウェアで制御可能な2つのリニアトランスレーションステージ。だから、彼らは同じ線に沿って動きます。毛細血管をギャップを横切って伸ばすことができるように、それらは数センチメートル離れている必要があります。

ステージ上のサンプルホルダーは、キャピラリーを軸上に保持するように位置合わせする必要があります。ステージのモーションラインに沿って、加熱は進行する前に2つのCO2レーザーによって行われます。高出力レーザーでの作業には、適切な安全対策を講じてください。

次に、レーザーの出力を、リニアステージ間のギャップの同じスポットをターゲットにするように向けます。このスポットは、キャピラリーが吊り下げられるポイントにある必要があります。ビームブロックを使用して、ターゲットスポットの後でビームを停止します。

ソフトウェアを使用して、2つの並進ステージと2つのCO2レーザーの出力レベルを同時に制御します。この設定の場合。信頼性の高いキャピラリーは、一方のステージが同じ方向に約0.5ミリメートル/秒速く移動し、もう一方のステージが同じ方向に約0.5ミリメートル速く移動して、より多くの材料を加熱ゾーンに供給するときに生成されます。

どちらのレーザーも4.5ワットに設定され、3秒間の予熱期間が設けられています。その後、描画プロセス中に5ワット以上。共振器を製造するには、溶融シリカ、キャピラリープリフォームを使用し、線形翻訳ステージ上の2つのサンプルホルダー間に達することができる長さを約2〜4センチメートルカットします。

次に、キャピラリーをサンプルホルダーに取り付けます。したがって、レーザーターゲットゾーンは毛細血管の長さのほぼ中央にあります。制御ソフトウェアを起動して進めます。

レーザーはキャピラリーを3秒間予熱します。次に、キャピラリーを約10秒間引っ張ります。プロセスが終了したら、汚染を防ぐために、展開されていない厚い端だけを扱って、引き抜かれたキャピラリーを取り外します。

キャピラリーを吊るして、きれいな共振器の表面が空気中に浮遊するようにします。引っ張りパラメータを変化させ、製造プロセスを繰り返してキャピラリーが開いていることを確認することにより、異なる直径のキャピラリーを作成します。浅い水鍋と注射器で作業します。

完成したキャピラリーを慎重に手に取り、一端を水に浸します。シリンジを使用して、もう一方の端から空気を吹き込みます。気泡は、キャピラリーが開いていることを示します。

キャピラリーをテストする前に、キャピラリーを取り付けるためのホルダーを構築する必要があります。これを行うには、スライドガラスから1センチ×0.5センチメートルのガラス片を3つ切り取ります。また、スライドガラスからも3センチ×半センチのピースを1枚切り取ります。

次に、ガラス接着接着剤または瞬間接着剤を使用して、これらの部品をエハに組み立てます。次に、延伸されたキャピラリーから、U字型ホルダー上の隣接する2つの枝の間の距離にまたがり、それらを超えて伸びる長さを切り取ります。光学接着剤を使用してキャピラリーを接着し、キャピラリーの端がホルダーの2つの枝を超えて伸び、その中心がそれらの間に吊り下げられるようにします。

次に、LED UV硬化光で光学接着剤を必要なだけ硬化させます。キャピラリーよりわずかに大きい内径のプラスチックチューブを得ることで約10秒進みます。取り付けられたキャピラリーの両端にチューブを慎重に挿入します。

再度、光学接着剤を使用してキャピラリーととの間の接続をシールし、UV光で硬化させます。硬化後、アセンブリは取り付けの準備が整いました。3番目のフリーガラスブランチを使用して、構造物を所定の位置に固定します。

この実験では、関数発生器に接続された波長可変ファイバー結合赤外線レーザーを利用します。レーザー波長を定期的にスイープするために使用されます。レーザー出力は、最初に偏光コントローラーを通過します。

そこから、ナノポジショニングステージに近いシングルモードテレコムバンドテーパーファイバーウェーブガイドに結合されます。テーパーファイバーの後、光はアッテネーターを通過してダウンストリームアナライザーを保護します。この実験では、アッテネータを追って、電気スペクトラムアナライザとオシロスコープに取り付けられた光検出器に光を送ります。

レーザーを安定させ、レーザービームの波長のスイープを開始することから実験を開始します。次に、テーパーファイバー付近のナノ位置決めステージにキャピラリー共振器ホルダーを取り付けたキャピラリー共振器を取り出します。次に、ステージを慎重に平行移動して、共振器をテーパーファイバーから約1ミクロンに持ってきて、エバネッセントカップリングを取得します。

波長がスイープされると、オシロスコープで見た時間の関数としてレーザー透過率が低下し、エバネッセント結合と共振の存在を示します。スペクトラムアナライザーを使用して、入力レーザー光と散乱光との間の時間的干渉を検索します。このビートノートは、機械的な振動周波数で発生します。

この例では、24.94メガヘルツの機械的モードが放射圧力によって毛細管内で励起され、レーザー周波数スキャンをオフにしてレーザー波長を制御することにより、機械的振動の関連する光学モードにロックしようとします。連続波モードでは、メカニカル・モードが存在する場合、周期的な信号がオシロスコープに表示されます。マスターすると、デバイスの製作とテストは、適切に行われれば約45分で完了します。

この手順を試みる際には、共振器とテーパーファイバーは、ピンセットを使用しても手動で扱ってはならないことを覚えておくことが重要です。これは、表面の清浄度を維持するためです。この技術は、その開発以来、空洞光学力学の分野の研究者が流体や生体分析物との新たな相互作用を探求する道を開いてきました。