Name: Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Leer de fabricage en testen van microfluidische optomechanische oscillatoren met CO2-lasertechnologie. Deze methode maakt optomechanische experimenten met vloeibare media mogelijk voor geavanceerde sensortechnologieën.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gefinancierd door startup-financiering van de University of Illinois in Urbana-Champaign, DARPA ORCHID-programma via een subsidie van AFOSR, de National Science Foundation via subsidie CMMI-1265164 en het National Science Foundation Graduate Research Fellowship-programma. We erkennen verhelderende discussies met Prof. Jack Harris, Prof. Pierre Meystre, Dr. Matt Eichenfield, Prof. Taher Saif en Prof. Rashid Bashir.

1. Fabricage van Ultra-high-Q Microfluidic resonatoren <ol><li> Bereiding van capillaire productie opstart <ol><li> Fabriceren de microfluïdische optomechanische resonator op de volgende manier -. Verhit een glazen capillair voorvorm met ongeveer 10 W van de CO 2-laser straling op 10.6 micron golflengte, en trekken uit de verwarmde capillair lineair gebruik van gemotoriseerde vertaling fasen Figuur 1 toont de opstelling van de lineaire vertaling fasen, de lasers en de locatie van de capillaire voorvorm voor het trekken proces. </li><li> Programma geschikt automatisering software om tegelijkertijd de twee CO 2 lasers (voor verwarming) en de twee lineaire fasen. De twee lineaire fasen uit te voeren de tekening proces voor de laser verhit capillair. </li><li> Een van de lineaire motoren moeten snel (bijvoorbeeld 5 mm / sec) voor de lineaire trekproces. Feed in meer materiaal om de kookzone met de tweede, langzamer lineaire fase(Bijv. 0,5 mm / s) vanaf het capillair materiaal voorvorm wordt uitgeput tijdens het trekproces. </li><li> Lijn de steekproef houders aan de lineaire podia langs zowel verticale als horizontale assen. </li><li> Zorgvuldig uitlijnen zowel CO 2 laserstralen zodanig dat ze gericht zijn op dezelfde plek in de ruimte (tussen het monster houders). Een stuk van de kaart papier of warmtegevoelig papier nuttig is voor dit proces. Vergeet niet om oogbescherming te gebruiken voor laser veiligheid. Ogen niet verlagen tot tafel niveau. Gebruik geschikte balksloffen, rook uitlaat, en brandbeveiliging. </li><li> Selecteer redelijke parameters voor het tekenen. Bijvoorbeeld, de volgende parameters betrouwbaar produceren goede capillaire afmeting - 10 mm / sec treksnelheid 0,5 mm / sec voeding-snelheid, 3 seconden opwarmtijd, 4,5 W voorverwarmen krachten voor zowel lasers en 5 W verwarmingsvermogens zowel lasers . </li><li> Modulatie van het laservermogen bij trekkende kan worden gebruikt om de capillaire straal lengterichting controle tijdens de tekening progang tot de &#39;fles&#39; resonatoren vormen. Een voorbeeld wordt getoond in figuur 2d. Selecteer de juiste modulatie parameters: 3 Hz frequentie, 6 W en 3 W voor laser bevoegdheden, en 50% inschakelduur. </li></ol></li><li> Fabricage van microfluïdische optomechanische resonatoren <ol><li> Snijd een voldoende lange segment (ongeveer 2-4 cm) van gesmolten silica capillaire zodanig dat de beide houders aan de lineaire translatie stadia bereikt. </li><li> Monteer de capillaire monsterbuis op de monsterhouders zodat de laser doelzone ongeveer in het midden van het capillair. Bijstellen CO 2 laser uitlijning indien nodig. </li><li> Trek het capillair met de parameters zoals vermeld in 1.1.6. Verwarm eerst de capillaire gedurende enkele seconden (Figuur 2a), en trek met of zonder laser modulatie (parameters in 1.1.7) als nodig is. </li><li> Verwijder de getrokken capillaire (Figuur 2b) van de monsterhouder. Behandel het monster met handschoenen op de tweedikke eindigt pas, om de schone resonator oppervlak niet te verontreinigen. </li><li> Varieer de trekken parameters om capillairen met verschillende diameters fabriceren. Typisch buitendiameter varieert van 30 urn tot 200 urn, afhankelijk trekken omstandigheden. </li></ol></li><li> Montage van de gefabriceerde apparaat voor het testen <ol><li> Bereid een E vorm glazen houder (figuur 2c). Snijd drie 1 cm x 0,5 cm en een 3 cm x 0,5 cm stukjes glas van glas dia&#39;s. Monteer ze in een E vorm met behulp van glas lijm of secondenlijm. </li><li> Knip een lengte van microfluïdische capillair uit de getrokken steekproef. Deze lengte moet langer zijn dan de afstand tussen twee aangrenzende glazen takken op de houder E vorm hebben. </li><li> Lijm de microcapillaire apparaat op de houder met behulp van optische lijm terwijl ervoor te zorgen om een ​​gedeelte opknoping onbesmette tussen twee takken van de houder E vorm te houden. Cure de optische lijm met een LED-UV-uithardende lichtbron voor 10 sec. Figuren 2cen 2d het eindproduct te laten zien. </li><li> Steek beide uiteinden van de gemonteerde resonator in twee iets grotere plastic buisjes (bijv. 200 um binnendiameter). Lijm en uv beide uiteinden van de plastic buizen met optische lijm. </li><li> Klem de E vorm structuur van de derde (gratis) glas aftakking naar een geklemd montage-apparaat voor het testen. De optische kwaliteit factor van de uiteindelijke microfluïdische resonator is afhankelijk van hoe goed de fabricage lasers waren afgestemd en hoe stabiel hun macht niveaus waren. </li></ol></li></ol> 2. Experimentele opstelling voor Optomechanische Testing <ol><li> Fabricage van tapse optische vezel <ol><li> Bereid een single mode telecom-band optische vezel van gewenste lengte (bijvoorbeeld een paar meter). Vezelsegment moet lang genoeg zijn om zowel gemonteerd in het convergerende stippellijn aangesloten op de installatie (figuur 4). De taps toelopende methode uitgelegd hier is vergelijkbaar met wat is suggested en gedemonstreerd in 22. </li><li> Sluit de bereide vezel segment de rest van de experimentele opstelling met elke geschikte vezel-splicing methode. </li><li> Monteer de gesplitste vezels segment op twee lineaire trekkers die tegenover elkaar staan. </li><li> Strip de vezel jas in het centrum van de gemonteerde fiber fragment bekleding gebied bloot. Dit is waar de versmalling zal worden gefabriceerd. Reinig de gestripte ruimte met methanol. </li><li> Zet de afstembare laser om real-time transmissie zien op een oscilloscoop. Zorg ervoor dat dempers instellen zodat fotodetectors niet beschadigd. </li><li> Plaats een smal mondstuk waterstofgas brander direct onder het unjacketed gedeelte van de vezel. Volg alle aanbevolen veiligheidsprocedures bij het werken met druk brandbare gassen zoals waterstof. Andere &quot;schone verbranding&quot; bronnen van vuur of keramische kachels kunnen ook worden gebruikt. </li><li> Voor het aansteken van de gas-, controleer het debiet zodat de vlam niet te zullengroot (een 1-2 cm hoog vlam is voldoende). Merk op dat de vlam grotendeels onzichtbaar maar kan worden beschouwd als een zwakke oranje gloed in een donkere kamer. De waterstof debiet worden ingesteld op een punt waar brandende vlam behoren de glasvezel zal verzachten. </li><li> Licht op de vlam. Zodra de vlam brandt, beginnen te trekken van de vezel met gemotoriseerde fasen. Geschikte treksnelheid afhankelijk stroomsnelheid van waterstofgas en omgeving van de vlam. OPMERKING: Transmissie door de vezel zal beginnen om temporele oscillatie gedrag te vertonen als het trekken blijft. Dit geeft multimode bewerking. </li><li> Wanneer oscillerend gedrag stopt en toont een onveranderlijke signaal in de tijd, niet langer trekken en afslag de vlam onmiddellijk. Dit is bij enkelvoudige modus tapsheid wordt verkregen. Controleer de transmissie. Als de transmissie te laag is, herhaal dan de procedure vanaf 2.1.1. met gemodificeerde gasstroom, grootte van de vlam en vlam locatie. Bij gelegenheid kan lage transmissie te wijten zijn aan slechte uitlijning in stap 2.1.3. of als gevolg van gecontamineerdion van de blootgestelde bekleding. </li><li> Als resulterende overdracht Door de versmalling bevredigend is, wacht een paar minuten afkoelen de conus. </li><li> Inspecteer de taper onder een microscoop. Voor 1550 nm operationele golflengte typisch diameter van de enkelvoudige-modus tapsheid in de orde van 1-2 urn. </li></ol></li><li> Taps-koppeling aan WGR en het zoeken naar elektronische signalen aangeven trillingen <ol><li> Stel het experiment in de in figuur 3 opstelling. Mechanische trillingen worden gegenereerd door middel van zowel SBS en RP door dezelfde experimentele configuratie. Om duidelijk aan te sporen terug-verstrooide signalen zoals in het geval van de achtergebleven-SBS 4,21, gebruik dan een circulatiepomp tussen conus en afstembare laser. </li><li> Voordat u de instelbare IR laser, zorg ervoor om attenuators opgezet zodat fotodetectors niet beschadigd. </li><li> Schakel en stabiliseren de afstembare IR laser. Een functie generator wordt gebruikt om de frequentie van het ingangssignaal IR vegenlaser. </li><li> Monteer de houder op een resonator nanopositioning podium. Breng voorzichtig de resonator dicht bij de taps toelopende vezels om vluchtig koppeling te verkrijgen. Als de laser frequentie wordt geveegd, wordt optische resonanties verschijnen kuilen in transmissie in de oscilloscoop, zoals in figuur 2b 22. </li><li> Sluit de fotodetector uitgang om een elektrische spectrum analyzer (ESA), waar de tijdelijke storing (dwz tel noot) tussen de ingang laserlicht en het verstrooide licht kan worden waargenomen. Deze tijdelijke storing optreedt bij de mechanische trillingsfrequentie. De functie &quot;peak hold&quot; op de spectrum analyser is vaak nuttig bij het initiële onderzoek voor mechanische trillingen. </li><li> Gebruik hogere ingangsvermogen tijdens het uitvoeren van de eerste zoektocht naar mechanische trillingen, vooral wanneer vloeistoffen aanwezig in het apparaat zijn. OPMERKING: Typisch, ingangsvermogen in de orde van 100 μW om het apparaat voldoende is om mechanisch te wekkenical trillingen. </li><li> Als mechanische trilling wordt waargenomen, proberen te vergrendelen aan de relevante optische modus door het uitschakelen van de laser frequentie scannen en controleren van de laser golflengte in de CW-modus. Hier zijn zowel oscilloscoop en spectrum analyzer zijn bruikbaar in tandem. Periodieke signalen op de oscilloscoop als een mechanische functie aanwezig is, zoals in figuur 5 en 1,6. </li></ol></li></ol> 3. Meten Optomechanische Vibrations <ol><li> Optische en elektronische handtekening van straling drukmodi (RP) <ol><li> Zoals beschreven in 2.2, zal mechanische trillingen worden waargenomen wanneer de conus en het apparaat correct zijn gekoppeld, het apparaat optische en mechanische modi voldoende Q-factoren, en voldoende ingang optisch vermogen wordt geleverd. Als oscillaties in het bereik van 10 MHz - 1 GHz niet waargenomen poging om polarisatie te veranderen om verschillende resonantiefrequenties te onderzoeken of verhogen ingangsvermogen van afstembare laser, omhet overwinnen van de minimumdrempel voor oscillatie. Bij het verhogen van de voedingsspanning moet u altijd voorzichtig de fotodetectors niet te verzadigen. Ook, zoals beschreven in 8, koppeling afstand is een belangrijke factor voor spannende verschillende RP modi. </li><li> Als mechanische modi zijn nog niet waargenomen, probeer dan het meten van optische kwaliteit factor. Voor microfluïdische optomechanische resonatoren, resultaten laten zien dat de optische kwaliteit factor 10 6 is voldoende om parametrische oscillaties 13 prikkelen. OPMERKING: Meestal zal RP wijzen manifesteren als elektronische oscillaties op het spectrum analyzer vergezeld van hun harmonischen, zoals in figuur 5 Representatieve resultaten in hoofdstuk 4 besproken.. </li><li> Gebruik een scan Fabry-Perot interferometer of hoge-resolutie optische spectrumanalysator de optische zijbanden die worden gegenereerd door amplitude en fase modulatie, die op zijn beurt veroorzaakt door de periodieke holte vervorming te detecteren. Kan een voorbeeld meting s zijnEEN in figuur 3h van 1. </li></ol></li><li> Optische en elektronische handtekening van fluisteren-gallery akoestische modi <ol><li> De akoestische frequentie van backward-SBS voor kwartsglas is ongeveer 11 GHz wanneer een 1,5 micron pomp laser wordt gebruikt 4,23. Gebruik een circulatiepomp die de back-verstrooid licht bewaakt en enkele kleine hoeveelheid van Rayleigh-verstrooid pomp, om elektronische signalen te observeren voor deze vibratietoestanden. Gebruik een hoge-resolutie optische spectrum analyzer om het verstrooide licht op te lossen. Een voorbeeld meting wordt getoond in figuur 2 of 4. </li><li> Gebruik de beat noot tussen voorwaarts verstrooid licht en de pomp laser om lagere frequentie (sub-1 GHz) Whispering-gallery akoestische modi observeren. </li><li> Door de lagere mechanische stijfheid in de richting ademhaling, het signaal van SBS soms zwakker dan het signaal van de RP modi. Nogmaals, vegen de laser op een lage snelheid, en gebruik &quot;peak hold&quot; op de SPECTrum analyzer om te helpen bij het vinden van de SBS-signaal. </li><li> Merk op dat in tegenstelling tot de RP-opgewonden ademhaling modi, SBS-opgewonden fluisterend-gallery akoestische modi niet harmonischen exposeren in de optische en elektronische spectra (tenzij cascade excitatie plaatsvindt 4,24). In plaats daarvan slechts een Stokes zijband verschijnt SBS modi. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Carmon, T., Rokhsari, H., Yang, L., Kippenberg, T., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+Behavior+of+Radiation-Pressure-Induced+Vibrations+of+an+Optical+Microcavity+Phonon+Mode%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Temporal Behavior of Radiation-Pressure-Induced Vibrations of an Optical Microcavity Phonon Mode.</a> Physical Review Letters. 94 (22), (2005).</li>
<li>Rokhsari, H., Kippenberg, T., Carmon, T., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation-pressure-driven+micro-mechanical+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Radiation-pressure-driven micro-mechanical oscillator.</a> Optics Express. 13 (14), 5293-5301 (2005).</li>
<li>Kippenberg, T. J., Rokhsari, H., Carmon, T., Scherer, A., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Radiation-Pressure+Induced+Mechanical+Oscillation+of+an+Optical+Microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Analysis of Radiation-Pressure Induced Mechanical Oscillation of an Optical Microcavity.</a> Physical Review Letters. 95 (3), 033901(2005).</li>
<li>Tomes, M., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+Micro-Electromechanical+Systems+Vibrating+at+X-band+%2811-GHz%29+Rates%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Photonic Micro-Electromechanical Systems Vibrating at X-band (11-GHz) Rates.</a> Physical Review Letters. 102 (11), (2009).</li>
<li>Grudinin, I. S., Matsko, A. B., Maleki, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brillouin+lasing+with+a+CaF2+whispering+gallery+mode+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Brillouin lasing with a CaF2 whispering gallery mode resonator.</a> Physical Review Letters. 102 (4), 043902(2009).</li>
<li>Bahl, G., Zehnpfennig, J., Tomes, M., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+optomechanical+excitation+of+surface+acoustic+waves+in+a+microdevice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice.</a> Nature Communications. 2 (403), (2011).</li>
<li>Dainese, P., Russell, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Brillouin+scattering+from+multi-GHz-guided+acoustic+phonons+in+nanostructured+photonic+crystal+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Stimulated Brillouin scattering from multi-GHz-guided acoustic phonons in nanostructured photonic crystal fibres.</a> Nature Physics. 2 (6), 388-392 (2006).</li>
<li>Carmon, T., Cross, M. C., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+Quivering+of+Micron-Scaled+On-Chip+Resonators+Excited+by+Centrifugal+Optical+Pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Chaotic Quivering of Micron-Scaled On-Chip Resonators Excited by Centrifugal Optical Pressure.</a> Physical Review Letters. 98 (16), 167-203 (2007).</li>
<li>Armani, D., Min, B., Martin, A., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+thermo-optic+tuning+of+ultrahigh-Q+microtoroid+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrical thermo-optic tuning of ultrahigh-Q microtoroid resonators.</a> Applied Physics Letters. 85 (22), 5439-5441 (2004).</li>
<li>Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Ilchenko, V. S., Seidel, D., Maleki, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+opto-mechanical+oscillator+and+frequency+comb+generator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave opto-mechanical oscillator and frequency comb generator.</a> Optics Letters. 36 (17), 3338-3340 (2011).</li>
<li>Bahl, G., Tomes, M., Marquardt, F., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+spontaneous+Brillouin+cooling%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Observation of spontaneous Brillouin cooling.</a> Nature Physics. 8 (3), 203-207 (2012).</li>
<li>Bahl, G., Kim, K. H., Lee, W., Liu, J., Fan, X., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brillouin+cavity+optomechanics+with+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Brillouin cavity optomechanics with microfluidic devices.</a> Nature Communications. 4 (1994), (1994).</li>
<li>Kim, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cavity+optomechanics+on+a+microfluidic+resonator+with+water+and+viscous+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Cavity optomechanics on a microfluidic resonator with water and viscous liquids.</a> Light: Science and Applications. , available: 
 
 <a target="_blank" href="http://arxiv.org/abs/1205.5477">http://arxiv.org/abs/1205.5477</a> (2013).</li>
<li>Sumetsky, M., Dulashko, Y., Windeler, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+microbubble+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical microbubble resonator.</a> Optics Letters. 35 (7), 898-900 (2010).</li>
<li>Lee, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quasi-droplet+optofluidic+ring+resonator+laser+using+a+micro-bubble%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">A quasi-droplet optofluidic ring resonator laser using a micro-bubble.</a> Applied Physics Letters. 99 (9), 091102-091103 (2011).</li>
<li>Junge, C., Nickel, S., O’Shea, D., Rauschenbeutel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bottle+microresonator+with+actively+stabilized+evanescent+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Bottle microresonator with actively stabilized evanescent coupling.</a> Optics Letters. 36 (17), 3488-3490 (2011).</li>
<li>Bahl, G., Fan, X., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+whispering-gallery+modes+in+optomechanical+shells%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Acoustic whispering-gallery modes in optomechanical shells.</a> New Journal of Physics. 14 (11), 115026(2012).</li>
<li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Critical+Coupling+in+a+Fiber+Taper+to+a+Silica-Microsphere+Whispering-Gallery+Mode+System%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation of Critical Coupling in a Fiber Taper to a Silica-Microsphere Whispering-Gallery Mode System.</a> Physical Review Letters. 85 (1), 74-77 (2000).</li>
<li>Burg, T. P., Manalis, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suspended+microchannel+resonators+for+biomolecular+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Suspended microchannel resonators for biomolecular detection.</a> Applied Physics Letters. 83 (13), 2698-2610 (2003).</li>
<li>Burg, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weighing+of+biomolecules%2C+single+cells+and+single+nanoparticles+in+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fluid.</a> Nature. 446 (7139), 1066-1069 (2007).</li>
<li>Li, J., Lee, H., Chen, T., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+high+coherence%2C+Brillouin+microcavity+laser+on+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Characterization of a high coherence, Brillouin microcavity laser on silicon.</a> Optics Express. 20 (18), (2012).</li>
<li>Knight, J. C., Cheung, G., Jacques, F., Birks, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase-matched+excitation+of+whispering-gallery-mode+resonances+by+a+fiber+taper%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper.</a> Opt. Lett. 22 (15), 1129-1131 (1997).</li>
<li>Boyd, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBoyd%2C+RW+%22Nonlinear+Optics%22">Nonlinear Optics</a>. , Acad. Press. (2003).</li>
<li>Li, J., Lee, H., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+synthesizer+using+an+on-chip+Brillouin+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Microwave synthesizer using an on-chip Brillouin oscillator.</a> Nature Communications. 4 (2097), (2013).</li>
<li>Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+thermal+behavior+and+thermal+self-stability+of+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities.</a> Optics Express. 12 (20), 4742-4750 (2004).</li>
</ol>

We hebben niets te onthullen.

We hebben verzonnen en een nieuw toestel dat een brug tussen holte optomechanica en microfluidics door het gebruik van hoge-Q optische resonanties op te wekken (en ondervragen) mechanische trillingen getest. Het is verrassend dat verschillende excitatie mechanismen zijn in dezelfde inrichting, die een verscheidenheid van mechanische trillingsmodes een snelheid spanning 2 MHz tot 11.300 MHz genereren. Centrifugale stralingsdruk ondersteunt zowel wijnglas modes en ademhaling modi in het 2-200 MHz overspanning, Forward ges...

Cavity opto bestudeert de parametrische koppeling tussen fonon modes en fotonmodes in microresonators door straling druk (RP) 1-3 en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing (SBS) 4-6. SBS en RP mechanismen aangetoond in verschillende optische systemen, zoals vezels 7, microsferen 4,6,8, ringkernen 1,9 en kristallijne resonatoren 5,10. Door deze foton-phononkoppeling, zowel koeling 11 en excitatie 6,10 mechanische functies aangetoond. Echter, bijna alle gemelde optomechanica experimenten met vaste fasen van de materie. Dit komt omdat directe vloeistofomhulling van de opto inrichtingen resultaten sterk toegenomen radiatieve akoestische verlies vanwege de hogere impedantie van vloeistoffen vergeleken met lucht. Daarnaast is in sommige situaties dissipatieve verlies mechanismen in vloeistoffen mag bedragen dan de stralingsbalans akoestische verliezen. Recently, een nieuw soort holle optomechanische oscillator met een microcapillaire geometrie werd geïntroduceerd 12-15, en die door het ontwerp is uitgerust voor microfluïdische experimenten. De diameter van deze capillaire gemoduleerd wordt over de lengte van meerdere &#39;fles resonatoren&#39; die tegelijkertijd beperken optische fluisteren-gallery resonanties 16 evenals de mechanische resonantiemodussen 17 vormen. Meerdere families van mechanische resonantiemodi deelneming, inclusief de ademhaling modi, wijnglas modes, en fluisterend-gallery akoestische modi. De wijn-glas (staande-golf) en gefluister-gallery akoestische (lopende golf) resonanties worden gevormd wanneer een trilling met een geheel veelvoud van akoestische golflengtes optreedt rondom het apparaat omtrek. Licht evanescently gekoppeld in de optische fluisteren-gallery vormen van deze &quot;flessen&quot; door middel van een tapse optische vezel 18. Opsluiting van de vloeistof in 19,20 de capillaire resonator, zoalstegen daarbuiten, maakt hoge mechanische en optische kwaliteit factoren tegelijk, dat de optische excitatie van mechanische modi kan dit zowel RP en SBS. Zoals is getoond, deze mechanische excitaties kunnen dringen in de vloeistof in de inrichting 12,13, tot een gedeeld vast-vloeibaar resonante modus, waardoor een opto-mechanische interface om de vloeibare omgeving binnen. In dit artikel beschrijven we de fabricage, RP en SBS bediening, en representatieve meetresultaten voor deze roman optomechanische systeem. Specifieke materialen en gereedschap lijsten zijn ook aanwezig.

<table><tbody><tr><td>Afstelbare IR-laser</td><td>Newfocus</td><td>TLB-6328</td><td></td></tr><tr><td>Fotodetectoren</td><td>Newfocus</td><td>1811-FC (lage snelheid 125MHz) / 1611-FC-AC (hoge snelheid 1GHz)</td><td></td></tr><tr><td>Optische vezel</td><td>Corning</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>Kwarts capillair</td><td>PolyMicro</td><td>TSP700850</td><td></td></tr><tr><td>10,6 um golflengte CO2 laser</td><td>Synrad</td><td>48-1KWM en 48-2KWM</td><td></td></tr><tr><td>UV-hardende optische lijm</td><td>Thorlabs</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Slangen</td><td>Tygon</td><td>EW-06418-01</td><td></td></tr><tr><td>Spuiten</td><td>B-D</td><td>YO-07940-12</td><td></td></tr><tr><td>Nalden</td><td>Weller</td><td>KDS201P</td><td></td></tr><tr><td>Elektrisch spectrum analyzer</td><td>Agilent Technologies</td><td>N9010A (EXA Signaal Analyzer)</td><td></td></tr><tr><td>Elektrisch spectrum analyzer</td><td>Tektronix</td><td>6114A (RSA, Real-time spectrum analyzer)</td><td></td></tr><tr><td>Optische spectrum analyzer</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscoop</td><td>Tektronix</td><td>DPO 4104B-L</td><td></td></tr><tr><td>Goud spiegels</td><td>II-VI Infrared</td><td>836627</td><td></td></tr><tr><td>Lineaire fase (langzaam)</td><td>DryLin</td><td>H1W1150</td><td></td></tr><tr><td>Lineaire fase (snel)</td><td>PBC Linear</td><td>MTB055D-0902-14F12</td><td></td></tr><tr><td>Fabry Perot optische spectrum analyzer</td><td>Thorlabs</td><td>SA 200-14A (FSR: 1,5 GHz)</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricage en testen van microfluidic optomechanische oscillators

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Holte optomechanica experimenten die parametrisch paar de fonon modes en fotonmodes zijn onderzocht in diverse optische systemen, waaronder microresonators. Vanwege de verhoogde akoestische radiatieve verliezen in directe vloeistofomhulling van opto apparaten, bijna alle gepubliceerde opto experimenten zijn uitgevoerd in vaste fase. Dit artikel bespreekt een recent geïntroduceerde holle microfluïdische optomechanische resonator. Gedetailleerde methodologie wordt verstrekt aan deze ultra-high-Q microfluïdische resonatoren fabriceren, voeren optomechanische testen en meten van straling drukgedreven ademmode en SBS-driven fluistergalerij modus parametrische trillingen. Door het beperken van vloeistoffen in de capillaire resonator, worden hoge mechanische-en optische kwaliteit factoren tegelijk onderhouden.

De door deze werkwijze capillairen dun (tussen 30 urn en 200 urn), heldere en zeer flexibel, maar voldoende robuust voor directe verwerking. Het is belangrijk om het buitenoppervlak van het capillaire apparaat tegen stof en water (vocht) om een ​​hoge optische kwaliteitsfactor (Q) handhaven beschermen. Door indopen een uiteinde van het capillair in water en blaast lucht door de capillair door middel van een spuit, kan worden nagegaan of de capillair door of dat werd afgesloten tijdens de fabricage door oververhitting. <...

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen en demonstreren van optomechanische oscillatoren die werken met media in vloeibare fase. Dit wordt bereikt door eerst microfluïdische optomechanische resonatoren te vervaardigen via het verhitten en uitrekken van capillaire preforms van gesmolten silicaglas onder CO2-laserbestraling. De tweede stap is het monteren van de vervaardigde apparaten voor testen.Vervolgens wordt een diodelaser gebruikt om optische whispering gallery-modi van het vervaardigde apparaat aan te sturen middels een taps toelopende optische vezel. Ten slotte wordt elektronische spectrumanalyse van de optische uitgangssignalen gebruikt om optomechanische interactie en detectie via mechanische modi in vloeistoffen aan te tonen. Deze apparaten bieden een voorheen niet beschikbare mogelijkheid om optomechanische experimenten uit te voeren met materialen in vloeibare fase.Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat de fabricage, het proces, de behoeften en de fabricageparameters geoptimaliseerd moeten worden. Demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de activering en de identificatie van de optomechanische modus moeilijk te beheersen zijn. De microfluïdische resonatoren worden gefabriceerd door glazen capillaire preforms te verhitten en uit te trekken om deze eerste uitlijning te bereiken.Twee softwarematig aanstuurbare lineaire translatietraverses. Deze bewegen langs dezelfde lijn. Ze moeten enkele centimeters uit elkaar geplaatst worden, zodat de capillair over de opening kan worden uitgestrekt.De monsterhouders op de stages moeten worden uitgelijnd om een capillair op de as te houden. Langs de bewegingslijn van de stages zal de verhitting worden uitgevoerd door twee CO2-lasers voordat men verdergaat. Neem de juiste veiligheidsvoorzorgsmaatregelen voor het werken met lasers met een hoog vermogen.Richt vervolgens de output van de lasers zodanig dat ze hetzelfde punt in de opening tussen de lineaire stadia raken. Dit punt moet zich bevinden op de plaats waar een capillair zal worden opgehangen. Gebruik straalblokken om de stralen na het richtpunt te stoppen.Gebruik software voor de gelijktijdige aansturing van de twee translatietrappen en de vermogensniveaus van de twee CO2-lasers. Bij deze opstelling worden betrouwbare capillairen geproduceerd wanneer één trap snel beweegt, ongeveer 10 millimeters per seconde, en de andere traag, ongeveer 0,5 millimeters per seconde in dezelfde richting, om meer materiaal in de verhitingszone te voeden.Beide lasers worden ingesteld op 4,5 watt voor een voorverwarmingsperiode van drie seconden. Vervolgens wordt er vijf watt of meer gebruikt tijdens het trekproces. Om de resonator te vervaardigen, gebruikt u gefuseerd silica, capillaire preform; snijd een lengte van ongeveer twee tot vier centimeter die het bereik tussen de twee monsterhouders op de lineaire translatiepodia kan overbruggen.Bevestig vervolgens de capillair aan de monsterhouders, zodat de laserdoelzone zich ongeveer in het midden van de capillairlengte bevindt. Start daarna de aansturingssoftware.De laser verwarmt de capillair gedurende drie seconden voor. Vervolgens wordt de capillair ongeveer 10 seconden uitgetrokken. Wanneer het proces is voltooid, verwijdert u de uitgetrokken capillair door alleen het dikke, niet-uitgevouwen uiteinde vast te houden om contaminatie te voorkomen.Hang de capillair zodanig dat het oppervlak van de schone resonator in de lucht is gesuspendeerd. Maak capillairen met verschillende diameters door de trekparameters te variëren en herhaal het fabricageproces om te garanderen dat de capillairen open zijn. Werk met een ondiepe pan water en een spuit.Pak een voltooide capillair voorzichtig op en dompel één uiteinde in het water. Gebruik de spuit om lucht door het andere uiteinde te blazen. Luchtbellen geven aan dat de capillair open is.Voordat de capillairen kunnen worden getest, moet er een houder worden gebouwd om ze te monteren. Snijd hiervoor drie glaspjes van 1 centimeter bij 0,5 centimeter uit objectglazen. Snijd daarnaast ook één stuk van drie centimeter bij een halve centimeter uit een objectglas.Gebruik vervolgens glaslijm of secondelijm om deze onderdelen tot een eha te assembleren. Snijd daarna uit een getrokken capillair een lengte die de afstand tussen twee aangrenzende takken van de U-vormige houder kan overbruggen en daarvoorbij steekt. Gebruik optische lijm om de capillair zodanig vast te lijmen dat de uiteinden voorbij de twee takken van de houder steken en het midden ertussen is opgehangen.Hard vervolgens de optische lijm uit met een LED-UV-uithardingslamp gedurende de benodigde tijd. Na ongeveer 10 seconden neemt u plastic buisjes met een binnendiameter die iets groter is dan die van de capillair. Schuif voorzichtig over elk uiteinde van de gemonteerde capillair een buisje.Gebruik opnieuw optische lijm om de verbinding tussen de capillaire en de glazen tak af te dichten en hard het geheel uit met UV-licht. Na het uitharden is de assemblage klaar voor montage. Gebruik de derde vrije glazen tak om de structuur op zijn plaats te klemmen.Voor dit experiment wordt gebruikgemaakt van een golflengte-instelbare, vezelgekoppelde infraroodlaser die is aangesloten op een functiegenerator. Deze wordt gebruikt om de golflengten van de laser periodiek te scannen. De laseroutput wordt eerst door een polarisatiecontroller geleid.Vanaf daar wordt het gekoppeld aan een single-mode telecomband taps toelopende fiber waveguide die zich dicht bij een nanopositioneringstafel bevindt. Na de taps toelopende fiber gaat het licht door attenuatoren om de stroomafwaartse analyzers te beschermen. Voor dit experiment wordt het licht na de attenuator gericht op een fotodetector die is aangesloten op een elektrische spectrumanalyzer en een oscilloscoop.Begin het experiment door de laser te stabiliseren en scans van de golflengte van de laserstraal te starten. Haal vervolgens de gemonteerde capillaire resonator op en plaats de houder van de capillaire resonator op de nanopositioneringstabel nabij de taps toelopende vezel. Verplaats daarna de tafel voorzichtig zodat de resonator zich op ongeveer één micron afstand van de taps toelopende vezel bevindt om evanescente koppeling te verkrijgen.Terwijl de golflengten worden gescand, duiden dalingen in de lasertransmissie als functie van de tijd, waargenomen op de oscilloscoop, op de aanwezigheid van evanescente koppeling en resonanties. Gebruik de spectrumanalysator om te zoeken naar temporele interferentie tussen het ingevoerde laserlicht en het verstrooide licht. Deze beatnoot treedt op bij de mechanische oscillatiefrequentie.In dit voorbeeld wordt een mechanische modus op 24,94 megahertz in de capillair opgewekt door stralingsdruk; men probeert te synchroniseren met de relevante optische modus voor een mechanische oscillatie door de laserscanfrequentie uit te schakelen en de golflengte van de laser te regelen. In continu-golfmodus verschijnen er periodieke signalen op een oscilloscoop wanneer een mechanische modus aanwezig is. Zodra de techniek onder de knie is, kunnen de fabricage van het apparaat en de testen in ongeveer 45 minuten worden voltooid, mits dit correct wordt uitgevoerd.Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de resonator en de taps toelopende vezel nooit handmatig mogen worden gehanteerd, zelfs niet met de pincet. Dit is noodzakelijk om de reinheid van de oppervlakken te waarborgen. Sinds de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van caviteitsoptische mechanica om nieuwe interacties met vloeistoffen en bioanalieten te verkennen.

fabrication-and-testing-of-microfluidic-optomechanical-oscillators

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Wij beschrijven het gebruik van een kooldioxide laser reflow techniek silica trilholten, zoals vrijstaande microsferen en on-chip microtoroids fabriceren. De reflow-methode verwijdert oneffenheden, waardoor lange levensduur foton in beide apparaten. De resulterende apparaten hebben een zeer hoge kwaliteit factoren, waardoor toepassingen, variërend van telecommunicatie tot biodetection.

Fabricage van Silica Ultra High Quality Factor microresonators

In deze video beschrijven we eerst de fabricage en de werking procedures van een surface acoustic wave (SAW) akoestische tegenstroom apparaat. Vervolgens tonen een experimentele situatie dat zowel stromingsvisualisatie kwalitatieve en kwantitatieve analyse van complexe stromen binnen de SAW pompinrichting.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

Acoustofluidic apparaten maken gebruik van ultrasone golven binnen microfluïdische kanalen te manipuleren, te concentreren en te isoleren geschorst micro- en nanoscopische entiteiten. Dit protocol beschrijft de vervaardiging en werking van een dergelijk apparaat dat bulk akoestische staande golven deeltjes centrale stroomlijn richten zonder de hulp van de ommanteling vloeistoffen.

Fabricage en werking van Acoustofluidic Devices Ondersteunend Bulk Acoustic Staande golven voor Sheathless scherpstellen van Deeltjes

Beschrijven we het proces van fabricage en beproeving van fotonische thermometers.

Fabricage en beproeving van fotonische Thermometers

Protocollen voor de synthese van microsferen uit polymeren, de manipulatie van microsferen en microfotoluminescentiemetingen worden voorgesteld.

Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties

Dit protocol beschrijft de fabricage van microfluidic apparaten van MY133-V2000 te elimineren artefacten die zich vaak in microchannels als gevolg van de verschillen brekingsindices tussen microchannel structuren en een waterige oplossing voordoen. Dit protocol maakt gebruik van een acryl houder voor het comprimeren van de ingekapselde apparaat, verbetering van hechting, zowel chemisch als mechanisch.

Fabricage van refractieve-index-matched apparaten voor biomedische Microfluidics

Hier presenteren we een protocol voor het ontwerpen en fabriceren van aangepaste microfluïdische apparaten met minimale financiële en tijd investeringen. Het doel is het faciliteren van de invoering van microfluïdische technologieën in biomedische onderzoekslaboratoria en onderwijsinstellingen.

Snelle fabricage van aangepaste Microfluïdische apparaten voor onderzoeks-en educatieve toepassingen

Een protocol voor het kweken en manipuleren van embryonaal weefsel van muizen op een microfluïdische chip wordt verstrekt. Door pulsen van pathway modulators toe te passen, kan dit systeem worden gebruikt om signaaloscillaties extern te regelen voor het functionele onderzoek van muis somitogenese.

Een microfluïdische benadering voor het functioneel onderzoek van signaaloscillaties die somitogenese beheersen

Het protocol demonstreert een handige methode om harmonische oscillerende stroom van 10-1000 Hz in microkanalen te produceren. Dit wordt uitgevoerd door een computergestuurd luidsprekermembraan op een modulaire manier aan het microkanaal te koppelen.

Assemblage en karakterisering van een externe driver voor het genereren van sub-kilohertz oscillerende stroming in microkanalen

Dit protocol presenteert een methode voor het vervaardigen van een dubbellaagse microfluïdische chip en het analyseren van microbiële groei onder snelle zuurstofoscillaties. De prestaties van het apparaat werden gevalideerd door middel van zuurstofdetectie in vloeistofkanalen en microbiële teelt.

Het creëren van snelle zuurstofoscillaties in microbiële eencellige groeianalyse met behulp van een microfluïdisch dubbellaags apparaat

Dit artikel volgt de levenscyclus van een siliciumnitridemembraanresonator, van ontwerp via fabricage tot karakterisering.

Fabricage en karakterisering van high-Q siliciumnitride-membraanresonatoren

Leer de fabricage en testen van microfluidische optomechanische oscillatoren met CO2-lasertechnologie. Deze methode maakt optomechanische experimenten met vloeibare media mogelijk voor geavanceerde sensortechnologieën.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Meer video's verkennen