Method Article

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

DOI:

10.3791/51133

⸱

April 26th, 2014

 ,  , 
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of Victoria

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

nanodetection 대​​한 바람직하지 않은 레이저 지터 노이즈를 제거하도록 설계 기준 간섭계 기술은, 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 프로빙에 이용된다. 어셈블리, 설정 및 데이터 수집을위한 지침은 캐비티 품질 계수를 특정하기위한 측정 과정과 함께 제공된다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

초고 품질 인자 마이크로 공동 검사에 적합한 열적 및 기계적으로 안정화 된 광섬유 간섭계는 구식된다. 그 자유 스펙트럼 범위 (FSR)를 평가 한 후에, 모듈은 광섬유 테이퍼 마이크로 공동 시스템과 병렬로 넣을 후 레이저의 주파수 (즉, 레이저 지터 노이즈)에 랜덤 시프트를 분리 및 제거를 통해 교정. 테이퍼 마이크로 공동 접합을 실현하고, 공진기에 전달되어 광 전력을 최대화하기 위해, 단일 모드 광섬유 도파로가 당겨진다. 폴리스티렌 나노 비드를 함유하는 용액을 제조하고이어서 마이크로 공동의 표면에 결합 감지하는 시스템의 능력을 입증하기 위해 마이크로 공동으로 유입된다. 데이터는 고해상도 품질 계수의 측정뿐만 아니라 공진 파장 분할 주파수 시프트와 같은 시간 의존적 파라미터의 플로팅을 허용 적응 커브 피팅을 통해 사후 처리된다. 정중하게시간 영역 응답 단계를 검사하고 주파수 - 도메인 응답하여 변속이 악기는 이산 바인딩 이벤트를 정량화 할 수있다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

연구 분야는 nanodetection와 1-8 바이오 센서의 목적을 위해 속삭이는 갤러리 모드 (WGM) 마이크로 공동의 사용에 크게 상승했다. 이것은 매우 높은 품질 계수 (Q) 단일 단백질 수준이 아래로 조금만 생물학적 입자를 식별하는 능숙 광학 공동을 포함한다. 즉, 특별한 감도 전송 9-11 작은 모드 볼륨에서 빛 에너지의 공동의 제한으로 활성화 할 수 있습니다에 대한 공진 및 분할 주파수의 변화를 모니터링합니다. 공진기의 광학적 성질의 변화는 다시 개별 분자 또는 나노 입자의 결합에서 발생한 이러한 변화의 원인이다. 이러한 응용을위한 3 차원 구조의 WGM 덜 정교한 예는 단순히 CO 2 레이저를 사용하여 그려진 광파이버를 절제하여 원자 적으로 매끄러운 표면 근처로 제조 될 수있는 실리카 마이크로 스피어이다. 공지 된 바와 같이,10 (9)의 순서에 높은 Q-요인은 1을 획득 할 수있다.

마이크로 공동의 공진 주파수는 종래 동시에 오실로스코프 포착 광전송을 수광하면서 가변 레이저 광원의 광 주파수를 스​​캐닝함으로써 모니터링된다. 이 기술의 고유의 단점은 레이저 파....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 참조 간섭계 건설 및 FSR 측정

  1. 공사
    1. 열린 정상 아크릴 상자를 만듭니다. 이 구조는 스티로폼 상자에 X 16 X 16 (16)에 꼭 맞게 할 수있을만큼 충분히 커야합니다.
    2. 열린 정상 아크릴 상자에 앉을 완전히 단열 용 스티로폼 상자로 묶어야합니다 광학 부품, 집에 3 단 선반 장치를 제작합니다. 스티로폼 상자에 두 개의 구멍이 높은 섬유는 전체 인클로저를 입력하고 종료 할 수 있도록 있어야합니다.
    3. 제 3 단계에서 : 3dB 방향성 결합기에서 하나의 출력 섬유 차례로 별도의 3dB 방향성 결합기의 입력 포트로 연결 편광 제어기에 고정되어야한다.
    4. 2 차 단계에서 : 첫 번째 3dB 방향성 커플러의 다른 출력 포트에서 발생하는 광섬유의 약 16피트와 루프를 형성합니다. 의 나머지 입력 포트에이 섬유를 직접제 3 단계에 econd 3dB 방향성 커플러.
    5. 빙조를 멋지게로서, 50 %의 액체 물과 혼합 50 % 빙수로 아크릴 상자를 기입하고 따라서 0 ° C. 가까운 광학 부품의 온도를 유지
  2. FSR 측정
    1. 원하는 파장에서 프로브 레이저를 설정합니다. 그 출력은 3dB 전력 스플리터....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

프로토콜을 수행하고 나면, 트레이스는 컴파일 및 장착 될 수있다. 주파수 분할이 DPBS 매체에서 관찰되는 비디오에 제시된도 3a는 마이크로 스피어의 일반적인 공진 구조를 나타낸다. 이중 로렌츠 함수에 대한 최소 자승법은 왼쪽과 오른쪽 공명 딥의 품질 계수는 각각 X 10 8 2.1이며, 수성 환경에서 3.8 × 10 8을 나타냅니다. 적색 동안 FWHM의 광 주파수는, 레이저 파장이 시프트 블루 때 공명 스펙트럼이 얻어진다 Q. 주 대한 고분해능 측정을 산출도 3b에서 간섭계 신호와 캐비티 스펙트럼을 비교함으로써 얻어진다 측정 수율 유사 Q 값을 이동. 그림 4 전송 곡선의 두 로렌츠 착용감이 계산 된 것을 특징으로 생성 할 수있는 공명 스펙트로 보여줍니다. 교정, 일의 측면에서E 레이저 지터 노이즈는 일본어 참조 간섭계로부터 추출이어서 간섭계와 미세 신호 장치로부터.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이것은 현재의 설정은 프로브 레이저 소스에 대한 피드백 제어를 필요로하지 않고, 예컨대 microdisks, 미소 한 microtoroids 같은 WGM의 마이크로 공동의 다양한 프로빙 할 수있다. 검출을위한 상당한 신호 대 잡음비 (SNR)를 인해 경로 길이 및 입자 - 유도 산란 효과에 의해 제공 단계 시프트 개선을 얻을 수있다. 단순 및 기준 간섭계 자체의 저렴한 비용을 감안할 때,이 방법은 WGM 충치의 특성을 연구하거나 활용을위한 효율적인 기술입니다.

또한, 마이크로 공동 순환 전력이 최적화 될 수 있고, 공명보다 효과적으로 파운드 - Drever - 홀 (PDH) 주파수 잠금 및 중요한 커플 링 반응 (15)을 기준으로 진폭 변조 (AM)을 기반으로 위상 변조 (PM)를 도입을 통해 영속 될 수있다. 그러나, 이것은 상당한 비용과 복잡성을 도입 비용에 온다. 노이즈 FPDH 방식에 대한 loors.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 그림 1의 개념도를 구성하는 법사 뒤에게 감사의 말씀을 전합니다.이 작품은 캐나다의 자연 과학 및 공학 연구위원회 (NSERC)에서 교부금에 의해 투자되었다.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
폴리스티렌  마이크로스피어PolyScience
Dulbecco' s 인산염 완충 식염수(DPBS)Life Technologies14190
압전 나노 포지셔너 시스템Physik InstrumenteP-611.3S
균형 광검출기ThorlabsPDB120A
광검출기Newport1801-FC
3dB 광섬유 방향성 커플러ThorlabsFC632-50B
10 dB 광섬유 방향성 커플러ThorlabsFC632-90B
드롭인 편광 컨트롤러일반 포토닉스PLC-003-S-25
함수 발생기Hewlett-Packard33120A
융합 스플라이서EricssonFSU-925
고속 오실로스코프 컨트롤러
전동 변환 스테이지
125 &뮤; m 클래딩ThorlabsSM600
실시간 전기 스펙트럼 분석기TektronixRSA3408B
광 스펙트럼 분석기Agilent70951A
632.5 – 637 nm 조정 가능한 레이저새로운 초점TLB-6304
여과 펌프KNF
초음파 클리너크레스트 초음파Powersonic 1100D
미니 볼텍서VWRVM-3000
원심분리기Beckman Coulter마이크로fuge 22R
Thorlabs MTS25-Z8E 단일 모드 광섬유, 600-800 nm, Ø가 있는 Agilent DS09404A ;

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Vahala, K. J. Optical microcavities. Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).
  2. Lu, T., et al. High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities. PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).
  3. Vollmer, F., Arnold, S.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Reference InterferometerWhispering Gallery ModeNanoparticle DetectionFiber Taper MicrocavityLaser Jitter Noise SuppressionAdaptive Curve FittingQuality Factor MeasurementResonant Wavelength ShiftFrequency Splitting AnalysisPolystyrene Nanobeads Sensing

Related Articles