갤러리 모드 고분자 마이크로 광 전기장 센서 글린의 개발

다음 실험의 목적은 Whispering Gallery 모드 또는 WGM 현상을 사용하여 전기장을 광학적으로 측정하는 것입니다. 이것은 단일 모드 광섬유를 사용하여 유전체 미세구의 광학 모드를 여기시킴으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 외부 필드가 미세구에 적용되어 미세구의 WGM이 이동합니다.

다음으로, WGM 이동과 인가된 전기장의 크기를 PC에 기록합니다. 얻은 결과는 WGM 이동과 적용된 전기장 사이의 관계를 보여줍니다. 이 기술의 주요 장점은 센서가 훨씬 작고, 훨씬 적은 전력을 소비하며, 측정 감도가 크게 향상된다는 것입니다.

최근 광통신 기술의 발전에 영감을 받아 이 방법은 국토, 보안, 국방, 번개 예측 및 신경 과학을 포함한 더 넓은 범위의 분야에서 사용할 수 있습니다. 이 방법의 시각적 시연은 구와 광섬유 사이의 정확한 위치가 필요하기 때문에 구와 광섬유 사이의 좋은 광 결합을 달성하는 것이 학습하기 어려울 수 있으므로 매우 중요합니다. 여기에서 세 가지 유형의 마이크로스피어 센서를 연구합니다. 유형 1 구를 준비하려면 폴리 디메틸 슬론 또는 PDMS 베이스와 경화제 S 가드 1 8 4 실리카 및 엘라스토머 혼합물 PDMS 베이스와 경화제를 60:1의 부피 비율로 시작합니다.

다음으로, 광학 스트리퍼를 사용하여 플라스틱 재킷에서 2cm 가닥의 실리카 광섬유를 벗겨냅니다. 부탄 토치로 섬유의 한쪽 끝을 가열하고 직경이 약 25-50마이크로미터인 줄기 끝을 제공하도록 늘립니다. 구를 만들려면 끝에서 광섬유의 늘어난 끝을 PDMS 혼합물에 2-4mm 깊이로 담근 다음 혼합물에서 광섬유의 최종 깊이를 빼내고 추출하는 속도를 제어하고 구의 크기를 제어하고 이 두 매개변수를 묻어 100-1000 마이크로미터 범위의 구 직경을 얻습니다.

마지막으로, 마이크로스피어와 스템 어셈블리를 섭씨 약 90도의 오븐에 4시간 동안 넣어 유형 2 트리플 AO 구체에 대한 폴리머 재료가 적절하게 경화될 수 있도록 합니다. A-P-D-M-S 마이크로스피어 구(lamina flow hood) 아래에 유형 1을 놓고 마스크를 사용하여 약 2%에서 약 10%의 부피의 바륨 타이탄 8개 나노 입자를 60:1 PDMS에 추가하고 미세구를 만드는 데 사용되는 경화제 혼합물을 추가합니다. 이 혼합물은 중간층을 형성합니다.

사용된 양은 구의 유전 특성을 결정합니다. PDMS 마이크로스피어를 PDS 바륨 티타네이트 혼합물에 담그고 약 10마이크로미터의 공칭 두께를 가진 층으로 코팅합니다. 다음으로 두 번째 층의 적절한 경화를 허용하기 위해 4 시간 동안 섭씨 약 90도의 오븐에 2 층 구를 놓습니다.

2층 구체가 경화되고 실온으로 냉각되면 60 대 1 PDMS 혼합물에 다시 담그어 약 10마이크로미터의 세 번째 외층을 제공합니다. 이 가장 바깥쪽 층은 3형 실리카에 대한 구형 광학 가이드 역할을 합니다. PDMS 마이크로스피어.

순수한 PDMS 공간의 욕조를 준비하는 것으로 시작합니다. 단일 모드 실리카 광섬유로 시작하고 광학 스트리퍼를 사용하여 끝에서 플라스틱 버퍼 코팅의 3cm 길이 부분을 벗겨냅니다. 토치를 사용하여 표면 장력과 중력 모양을 사용하여 클래딩과 코어를 포함한 섬유의 끝을 녹입니다.

200에서 500 마이크로 미터에 이르는 구형 실리카 구는 제작 후 용융 된 팁에서 성형 할 수 있습니다. 실리카 마이크로스피어는 PDMS 베이스에 잠겨 약 50마이크로미터의 코팅으로 덮입니다. 이 외층은 광섬유 준비를 위한 고점도 항복 응력 유체로 유지됩니다.

다시 말하지만, 단일 모드 광섬유의 길이부터 시작하여 광 스트리퍼를 사용하여 중간 어딘가에 있는 플라스틱 버퍼의 3-4cm를 제거합니다. 마이크로 토치를 사용하여 클래딩과 섬유 코어가 용융될 때까지 광섬유의 스트립 부분을 가열합니다. 코어가 용융되면 축을 따라 광섬유의 한쪽 끝을 당겨 길이가 약 1-2cm인 테이퍼 단면을 형성합니다.

테이퍼 영역의 직경은 가열 지속 시간, 당기는 속도 및 당기는 거리에 의해 결정됩니다. 직경의 범위는 10에서 20 마이크로 미터 사이입니다. 시스템을 조사하려면 공칭 파장이 1.3 미크론인 근적외선의 조정 가능한 분산 피드백 레이저의 출력을 준비된 단일 모드 광섬유의 한쪽 끝에 연결합니다.

다른 쪽 끝은 빠른 포토 다이오드에서 종단되어야 합니다. photo diod 출력은 디지털화되어 컴퓨터에 저장됩니다. 마이크로 변환 스테이지를 사용하여 마이크로스피어 유형 1, 2 또는 3 중 하나를 광섬유의 테이퍼 섹션과 접촉시켜 두 요소 사이에 광학 결합을 제공합니다.

함수 발생기 출력, 약 600 밀리 볼트 진폭의 톱니 전압 및 1 킬로 헤르츠 주파수. 이것은 DFB 레이저 컨트롤러에 입력됩니다. 각각 1mm 두께의 2cm x 2cm 황동 판 2개를 사용하여 대략 균일한 전기장을 만듭니다.

이들은 병렬 플레이트 커패시터로 배열되고 전압 공급 장치에 연결됩니다. 구 센서는 플레이트 사이의 틈새에 배치됩니다. 장시간 높은 전기장을 사용하여 센서의 측정 감도를 높일 수도 있습니다.

이 장소를 달성하기 위해, 2 시간 동안 미터 당 1 메가 볼트의 전기장에있는 구체는 투과 된 빛의 파장의 변화를 측정합니다. 여기에 표시된 데이터에는 전기장이 있는 상태에서 유형 1 구 형상이 변경되었다는 증거가 있습니다. 이 플롯은 조화장 섭동 하에서 유형 1 구의 Whispering Gallery 모드 이동과 동일한 구에 대한 전기장 진폭 대비 Whispering Gallery 모드 이동을 보여줍니다.

여기에 표시된 것은 유형 2 구의 속삭임 갤러리 모드 이동과 조화장 섭동, 그리고 유형 2 구에 대한 속삭임 갤러리 모드 이동 대 전기장 진폭입니다. 유형 1 구에 비해 감도가 증가합니다. 여기에 표시된 것은 유형 3 구의 Whispering Gallery 모드 이동과 조화 필드 섭동입니다.

마지막으로 Whispering Gallery 모드 전환 대 전기장 진폭입니다. 유형 3 구의 경우 이 유형이 가장 큰 감도를 가지고 있음을 보여줍니다. 이 기술의 한 마스터는 적절하게 수행되면 구 및 섬유 준비를 포함하여 몇 시간 안에 완료할 수 있습니다.

이 절차를 수행하는 동안 이 절차를 따라 구 표면이 오염되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 자기장 감지와 같은 WGM 이동을 기반으로 하는 다른 측정 기술을 개발할 수 있습니다.