Method Article

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

DOI:

10.3791/51133

⸱

April 26th, 2014

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

In This Article

Summary

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

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Abstract

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

Termicznie i mechanicznie stabilizowany interferometr światłowodowy odpowiedni do badania mikrownęk czynnikowych o ultrawysokiej jakości jest zaprojektowany. Po ocenie jego swobodnego zakresu spektralnego (FSR), moduł jest umieszczany równolegle z systemem stożkowo-mikrownękowym światłowodu, a następnie kalibrowany poprzez izolację i eliminację losowych przesunięć częstotliwości lasera (tj. szumu jittera lasera). Aby zrealizować złącze stożkowo-mikrownękowe i zmaksymalizować moc optyczną przenoszoną do rezonatora, ciągnięty jest jednomodowy falowód światłowodowy. Roztwory zawierające nanokulki polistyrenowe są następnie przygotowywane i przesyłane do mikrownęki w celu zademonstrowania zdolności systemu do wykrywania wiązania z powierzchnią mikrownęki. Dane są przetwarzane za pomocą adaptacyjnego dopasowania krzywej, co pozwala na pomiary współczynnika jakości w wysokiej rozdzielczości, a także na wykreślanie parametrów zależnych od czasu, takich jak długość fali rezonansowej i przesunięcia częstotliwości podziału. Poprzez dokładne sprawdzenie etapów odpowiedzi w dziedzinie czasu i przesunięcia w odpowiedzi w dziedzinie częstotliwości, instrument ten może określić ilościowo dyskretne zdarzenia wiązania.

Introduction

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

Zainteresowanie badaniami znacznie wzrosło w związku z wykorzystaniem mikrownęk w trybie galerii szeptów (WGM) do celów nanodetekcji i biodetekcji1-8. Obejmuje to wnęki optyczne o bardzo wysokiej jakości współczynniku (Q), które są biegłe w identyfikacji maleńkich cząstek biologicznych, aż do poziomupojedynczego białka 2. Oznacza to, że monitorowanie zmian rezonansu i rozdzielonej częstotliwości dla transmisji z niezwykłą czułością9-11 może być możliwe dzięki uwięzieniu energii świetlnej we wnęce w małej objętości modu. Różnice we właściwościach optycznych rezonatora są przyczyną tych przesunięć, które z kolei wynikają z wiązania dyskr....

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

Protocol

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

1. Budowa interferometru referencyjnego i pomiar FSR

  1. budowa
    1. Stwórz akrylowe pudełko z otwartym wierzchem. Ta konstrukcja powinna być wystarczająco duża, aby zmieścić się w pudełku styropianowym o wymiarach 16 cali x 16 cali.
    2. Zbuduj 3-stopniowy regał do przechowywania elementów optycznych, które będą umieszczone w otwartym pudełku akrylowym i będą całkowicie zamknięte w styropianowym pudełku w celu izolacji termicznej. W skrzynce styropianowej muszą znajdować się dwa podwyższone otwory, aby umożliwić włóknom wchodzenie i wychodzenie z całej obudowy.
    3. Na 3 stopniu: Jedno włókno wyjściowe ze sprzęgacza kierunkowego ....

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

Results

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

Po przestrzeganiu protokołu, ślady mogą być skompilowane i dopasowane. Rysunek 3a przedstawia typową strukturę rezonansową mikrosfery przedstawioną na filmie, dla której obserwuje się rozszczepienie częstotliwości w ośrodku DPBS. Dopasowanie najmniejszych kwadratów do podwójnej funkcji Lorentza wskazuje, że współczynnik jakości spadków rezonansu lewego i prawego wynosi odpowiednio 2,1 x 108 i 3,8 x 108 w środowisku wodnym. Częstotliwości optyczne FWHM uzyskuje się przez porównanie w.......

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

Discussion

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

Ta obecna konfiguracja jest w stanie sondować różne mikrownęki WGM, takie jak dyskietki, mikrosfery i mikrotoroidy, bez konieczności jakiejkolwiek kontroli sprzężenia zwrotnego dla źródła laserowego sondy. Znaczny stosunek sygnału do szumu (SNR) do detekcji można uzyskać dzięki ulepszeniom przesunięcia skokowego zapewnianym przez długość ścieżki i efekty rozpraszania wstecznego wywołane przez cząstki. Biorąc pod uwagę prostotę i niski koszt samego interferometru referencyjnego, metoda ta jest skuteczną techniką badania l.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Autorzy chcieliby podziękować Xuan Du za skonstruowanie diagramu koncepcyjnego na rysunku 1. Praca ta została sfinansowana z grantów kanadyjskiej Rady ds. Badań Przyrodniczych i Inżynieryjnych (NSERC).

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Polistyren  MikrosferyPolyScience
Dulbecco' s Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (DPBS)Life Technologies14190
Piezoelektryczny system nanopozycyjnyPhysik InstrumenteP-611.3S
Zrównoważony fotodetektorThorlabsPDB120A
FotodetektorNewport1801-FC
3 dB Światłowodowy łącznik kierunkowyThorlabsFC632-50B
10 Światłowodowy łącznik kierunkowy dBThorlabsFC632-90B
Kontroler polaryzacji wpuszczanejPhotonicsPLC-003-S-25
Generator funkcyjnyHewlett-Packard33120A
Fusion SplicerEricssonFSU-925
Szybki oscyloskop Agilent
z kontroleremThorlabsMTS25-Z8E
Światłowód jednomodowy, 600-800 nm i Oslash; 125 μ m OkładzinaThorlabsSM600
Analizator widma elektrycznego w czasie rzeczywistymTektronixRSA3408B
Optyczny analizator widmaAgilent70951A
632,5 i ndash; 637 nm Przestrajalny laserNew FocusTLB-6304
Pompa filtracyjnaKNF
Myjka ultradźwiękowaCrest UltrasonicsPowersonic 1100D
Mini VortexerVWRVM-3000
WirówkaBeckman CoulterMicrofuge 22R
General Zmotoryzowany stolik translacyjny 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