Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie Whispering Gallery

Celem poniższego eksperymentu jest optyczny pomiar pola elektrycznego za pomocą trybu Whispering Gallery lub zjawisk WGM. Osiąga się to poprzez wzbudzenie modów optycznych mikrosfery dielektrycznej za pomocą światłowodu jednomodowego. W drugim etapie do mikrosfery przykładane jest pole zewnętrzne, które powoduje przesunięcie WGM mikrosfery.

Następnie na komputerze rejestrowane są przesunięcia WGM i wielkość przyłożonego pola elektrycznego. Uzyskane wyniki wskazują na zależność pomiędzy przesunięciami MGW a przyłożonym polem elektrycznym. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że czujniki są znacznie mniejsze, zużywają znacznie mniej energii i znacznie poprawia się czułość pomiaru.

Został zainspirowany najnowszymi osiągnięciami w technologii komunikacji optycznej, Ta metoda, która może być stosowana w szerszym zakresie dziedzin, w tym w kraju, bezpieczeństwie, obronie, przewidywaniu piorunów i neuronauce Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ osiągnięcie dobrego sprzężenia światła między kulą a światłowodem może być trudne do nauczenia się ze względu na potrzebę precyzyjnej pozycji między kulą a światłowodem. Badane są tutaj trzy rodzaje czujników mikrosferycznych. Aby przygotować kulę typu pierwszego, zacznij od bazy polidimetylo-sloane lub PDMS i utwardzacza S guard 1 8 4 krzemionki i elastomeru mieszanki PDMS i utwardzacza o stosunku objętości 60 do jednego.

Następnie użyj narzędzia do ściągania izolacji, aby usunąć dwucentymetrowe pasmo światłowodu krzemionkowego z jego plastikowej kurtki. Podgrzej jeden koniec włókna palnikiem butanowym i rozciągnij go, aby uzyskać koniec trzpienia o średnicy około 25 do 50 mikrometrów. Na końcówce, aby utworzyć kulę, zanurz rozciągnięty koniec włókna w mieszaninie PDMS na głębokość od dwóch do czterech milimetrów, a następnie wyciągnij go na ostateczną głębokość włókna w mieszaninie i prędkość, z jaką jest wydobywany, kontroluje rozmiar kuli, zakop te dwa parametry, aby uzyskać średnice kuli w zakresie od 100 do 1000 mikrometrów.

Na koniec umieść zespół mikrosfery i trzpienia w piekarniku o temperaturze około 90 stopni Celsjusza na cztery godziny, aby umożliwić prawidłowe utwardzenie materiału polimerowego dla potrójnych kulek AO typu dwa. Zacznij od kuli mikrosferycznej A-P-D-MS, wpisz ją pod okapem z blaszką i za pomocą maski dodaj od około 2% do około 10% objętości baru Tytan osiem nanocząstek do 60 do jednego PDMS i mieszaniny utwardzacza używanej do tworzenia mikrosfery. Ta mieszanina utworzy środkową warstwę.

Zastosowana ilość określi właściwości dielektryczne kuli. Zanurz mikrosferę PDMS w mieszaninie tytanianu baru PDS, aby pokryć ją warstwą o nominalnej grubości około 10 mikrometrów. Następnie umieść dwuwarstwową kulę w piekarniku w temperaturze około 90 stopni Celsjusza na cztery godziny, aby umożliwić prawidłowe utwardzenie drugiej warstwy.

Po utwardzeniu i schłodzeniu dwuwarstwowej kuli do temperatury pokojowej zanurz ją ponownie w mieszaninie 60 do jednego PDMS, aby uzyskać trzecią zewnętrzną warstwę o grubości około 10 mikrometrów. Ta najbardziej zewnętrzna warstwa będzie służyć jako sferyczny przewodnik optyczny dla krzemionki typu trzeciego. Mikrosfery PDMS.

Zacznij od przygotowania kąpieli w czystej przestrzeni PDMS. Zacznij od jednomodowego światłowodu krzemionkowego i użyj ściągacza izolacji, aby usunąć trzycentymetrowy odcinek plastikowej powłoki buforowej z jego końca. Użyj palnika, aby stopić koniec włókna, w tym okładzinę i rdzeń, używając napięcia powierzchniowego i kształtu grawitacyjnego.

Kule krzemionkowe o wielkości od 200 do 500 mikrometrów mogą być kształtowane ze stopionej końcówki po wyprodukowaniu. Mikrosferę krzemionkową zanurza się w podstawie PDMS, aby pokryć ją warstwą o grubości około 50 mikrometrów. Ta zewnętrzna warstwa pozostaje jako płyn naprężeniowy o wysokiej lepkości do przygotowania światłowodu.

Ponownie zacznij od długości światłowodu jednomodowego i użyj ściągacza izolacji, aby usunąć od trzech do czterech centymetrów plastikowego bufora gdzieś pośrodku. Użyj mikropalnika, aby podgrzać odcinek paska włókna, aż okładzina i rdzeń włókna zostaną stopione. Gdy rdzeń jest stopiony, pociągnij jeden koniec światłowodu wzdłuż jego osi, aby utworzyć zwężający się odcinek o długości około jednego do dwóch centymetrów.

Średnica obszaru stożkowego zależy od czasu nagrzewania, prędkości ciągnięcia i odległości ciągnięcia. Zakres średnic wynosi od 10 do 20 mikrometrów. Aby zbadać system, połącz wyjście przestrajalnego lasera z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym w bliskiej podczerwieni o nominalnej długości fali 1,3 mikrona na jednym końcu przygotowanego światłowodu jednomodowego.

Drugi koniec powinien być zakończony szybką fotodiodą. Wyjście fotodiody jest digitalizowane i przechowywane na komputerze. Użyj etapu mikrotranslacji, aby doprowadzić jedną z mikrosfer typu pierwszego, dwóch lub trzech do kontaktu ze stożkowym odcinkiem światłowodu, aby zapewnić sprzężenie optyczne między dwoma elementami.

Z wyjściem generatora funkcyjnego, napięciem piłokształtnym o amplitudzie około 600 miliwoltów i częstotliwości jednego kiloherca. Jest to dane wejściowe do sterownika laserowego DFB. W przybliżeniu jednolite pole elektryczne jest wytwarzane za pomocą dwóch mosiężnych płytek o wymiarach dwa centymetry na dwa centymetry, każda o grubości jednego milimetra.

Są one ułożone jako równoległy kondensator płytkowy i podłączone do źródła napięcia. Czujniki sferyczne są umieszczone w szczelinie między płytami. Przedłużone silne pole elektryczne może być również wykorzystane do zwiększenia czułości pomiarowej czujników.

Aby osiągnąć to miejsce, kule znajdują się w polu elektrycznym o napięciu jednego megawolta na metr przez dwie godziny przed pomiarem przesunięcia długości fali przesyłanego światła. W przedstawionych tutaj danych znajduje się dowód na zmianę geometrii sfery typu pierwszego w obecności pola elektrycznego. Wykres ten pokazuje przesunięcie trybu Galerii Szeptów sfery pierwszego pod wpływem perturbacji pola harmonicznego oraz przesunięcie trybu Galerii Szeptów w funkcji amplitudy pola elektrycznego dla tej samej sfery.

Pokazane tutaj jest przesunięcie trybu Galerii Szeptów sfery typu drugiego i perturbacja pola harmonicznego oraz przesunięcie trybu galerii szeptów w funkcji amplitudy pola elektrycznego dla sfery typu drugiego. Należy zauważyć, że nastąpił wzrost czułości w porównaniu ze sferą typu pierwszego. Pokazane tutaj jest przesunięcie trybu Galerii Szeptów sfery typu trzeciego i perturbacja pola harmonicznego.

I wreszcie zmiana trybu Galerii Szeptów w porównaniu z amplitudą pola elektrycznego. Dla typu trzeciego kuli pokazuje ten typ ma największą czułość. Jeden mistrz w tej technice może być wykonany w ciągu kilku godzin, w tym przygotowanie kuli i włókna, jeśli zostanie wykonany prawidłowo.

Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby nie dopuścić do zanieczyszczenia powierzchni kuli Zgodnie z tą procedurą. Można opracować inne techniki pomiarowe oparte na przesunięciach WGM, takie jak te do wykrywania pola magnetycznego.