Ontwikkeling van Whispering Gallery Mode Polymeer Micro-optische Electric Field Sensors

Het doel van het volgende experiment is om een elektrisch veld optisch te meten met behulp van de Whispering Gallery-modus of WGM-fenomenen. Dit wordt bereikt door de optische modi van de diëlektrische microsfeer aan te slaan met behulp van een enkele modus optische vezel. Als tweede stap wordt een extern veld toegepast op de microsfeer, wat een verschuiving in de WGM van de microsfeer veroorzaakt.

Vervolgens worden de WGM-verschuivingen en de grootte van het toegepaste elektrische veld opgenomen op een pc. De verkregen resultaten tonen de relatie tussen de WGM-verschuivingen en het toegepaste elektrische veld. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat de sensoren veel kleiner zijn, het verbruik veel minder stroom is en er een significante verbetering is in de meetgevoeligheid.

Deze methode is geïnspireerd door de recente ontwikkelingen in optische communicatietechnologie. Deze methode kan in een breder scala aan velden worden toegepast, waaronder oland, beveiliging, defensie, bliksempligging en neurowetenschappen. Een visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, omdat het bereiken van een goede lichtkoppeling tussen de bol en de vezel moeilijk te leren kan zijn vanwege de behoefte aan een nauwkeurige positie tussen de bol en de vezel. Drie soorten microsfeersensoren worden hier bestudeerd. Om een type een bol te bereiden, begint u met polydimethylsiloxaan of PDMS-basis en het uithardingsmiddel S guard 1 8 4 silica en elastomer mix PDMS-basis en het uithardingsmiddel met een volumeverhouding van 60 tot één.

Gebruik vervolgens een optische stripverwijderaar om een twee centimeter lange streng van silica-optische vezel van zijn plastic mantel te strippen. Verwarm één uiteinde van de vezel met een butaanbrander en trek het uit om een stam-uiteinde te verkrijgen met een diameter van ongeveer 25 tot 50 micrometer. Op het punt om een bol te creëren, dompelt u het uitgerekte uiteinde van de vezel in de PDMS-mengsel tot een diepte van twee tot vier millimeter en trekt u het er vervolgens uit. De einddiepte van de vezel in het mengsel en de snelheid waarmee deze wordt geëxtraheerd, bepaalt de grootte van de bol. Door deze twee parameters te variëren, kunt u boldiameters in het bereik van 100 tot 1000 micrometer verkrijgen.

Plaats tenslotte de microsfeer en de stamsamenstelling in een oven op ongeveer 90 graden Celsius gedurende vier uur om een goede uitharding van het polymeermateriaal voor de type twee triple AO-bollen mogelijk te maken. Begin met een A-P-D-M-S microsfeer bol, type een onder een laminerstroomkap en voeg met behulp van een masker tussen ongeveer 2% tot ongeveer 10% volume van barium Titan acht nanodeeltjes toe aan het 60 op één PDMS en uithardingsmiddel mengsel dat wordt gebruikt om de microsfeer te maken. Dit mengsel zal de middelste laag vormen.

De gebruikte hoeveelheid bepaalt de diëlektrische eigenschappen van de bol. Dompel de PDMS-microsfeer in het PDS bariumtitanaatmengsel om deze te coaten met een laag met een nominale dikte van ongeveer 10 micrometer. Plaats vervolgens de bol met twee lagen in een oven, ongeveer 90 graden Celsius gedurende vier uur om een goede uitharding van de tweede laag mogelijk te maken.

Zodra de bol met twee lagen is uitgehard en afgekoeld tot kamertemperatuur, dompelt u hem opnieuw in het 60 op één PDMS mengsel om een derde buitenste laag van ongeveer 10 micrometer te creëren. Deze buitenste laag zal dienen als een sferische optische gids voor de type drie silica PDMS-microsferen.

Begin met het voorbereiden van een bad van zuiver PDMS-ruimte. Begin met een enkele modus silica optische vezel en gebruik een optische stripverwijderaar om een drie centimeter lang stuk van zijn plastic buffercoating van zijn uiteinde te verwijderen. Gebruik een brander om het uiteinde van de vezel te smelten, inclusief de mantel en de kern, en gebruik oppervlaktespanning en zwaartekracht om het te vormen.

De silica bollen met diameters variërend van 200 tot 500 micrometer kunnen worden gevormd uit de gesmolten punt na fabricage. De silica microsfeer wordt ondergedompeld in de PDMS-basis om deze te bedekken met een laag van ongeveer 50 micrometer. Deze buitenste laag blijft een zeer stroperig vloeistof voor de voorbereiding van de optische vezel.

Begin opnieuw met de lengte van enkele modus optische vezel en gebruik een optische stripverwijderaar om drie tot vier centimeter van zijn plastic buffer ergens in het midden te verwijderen. Gebruik een microbrander om het stripgedeelte van de vezel te verwarmen totdat de mantel en vezelkern gesmolten zijn. Wanneer de kern gesmolten is, trekt u aan een uiteinde van de optische vezel langs zijn as om een versmallend gedeelte te vormen dat ongeveer een tot twee centimeter lang is.

De diameter van het versmallende gebied wordt bepaald door de duur van het verwarmen, de treksnelheid en de afstand van het trekken. Het bereik van diameters ligt tussen de 10 en 20 micrometer. Om het systeem te onderzoeken, koppelt u de uitvoer van een instelbare gedistribueerde feedbacklaser in het nabije infrarood met een nominale golflengte van 1,3 micron in één uiteinde van de voorbereide enkele modus optische vezel.

Het andere uiteinde moet worden afgesloten op een snelle fotodiode. De fotodiode-uitvoer wordt gedigitaliseerd en opgeslagen op een computer. Gebruik een microtranslatietafel om een van de microsfeer type één, twee of drie in contact te brengen met het versmallende gedeelte van de optische vezel om een optisch contact tussen de twee elementen te creëren.

Met een functiegeneratoruitvoer, een zaagtandspanning van ongeveer 600 millivolt amplitude en een frequentie van één kilohertz. Dit wordt ingevoerd in de DFB-lasercontroller. Een ongeveer uniform elektrisch veld wordt gecreëerd met behulp van twee messing platen van twee centimeter bij twee centimeter, elk met een dikte van één millimeter.

Deze zijn gerangschikt als een parallelle platencondensator en aangesloten op een spanningsvoorziening. De bolsensoren worden in de opening tussen de platen geplaatst. Een langdurig hoog elektrisch veld kan ook worden gebruikt om de meetgevoeligheid van de sensoren te verhogen.

Om