Name: Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie Whispering Gallery (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Poznaj metodę pomiaru pola elektrycznego wykorzystującą zjawisko Whispering Gallery w mikrosferach dielektrycznych. Technika oferuje wysoką czułość, niskie zużycie energii i miniaturyzację czujników.

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

To badanie jest sponsorowane przez amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Centrów Zintegrowanych Badań Inżynierii Fotonicznej (CIPhER) z Dr. J. Scottem Rodgersem jako kierownikiem projektu. Informacje zawarte w niniejszym raporcie niekoniecznie odzwierciedlają stanowisko lub politykę rządu Stanów Zjednoczonych i nie należy wnioskować o ich oficjalnym poparciu.

1. Przygotowanie mikrosfery PDMS (Sfera I)
<ol>
	<li>Bazę polidimetylosiloksanu (PDMS) i utwardzacz miesza się w stosunku objętościowym 60:1.</li>
	<li>Pasmo światłowodu krzemionkowego o długości około 2 cm jest najpierw usuwane z plastikowej powłoki za pomocą ściągacza izolacji.</li>
	<li>Jeden koniec włókna jest podgrzewany i rozciągany, aby zapewnić koniec trzpienia o średnicy ~ 25-50 μm na końcu.</li>
	<li>Rozciągnięty koniec włókna zanurza się w mieszaninie PDMS na długość około 2-4 mm, a następnie wyciąga.</li>
	<li>Napięcie powierzchniowe i waga mieszaniny PDMS pozwalają na uformowanie się kuli na końcu włókna krzemionkowego. Rozmiar kuli jest kontrolowany przez długość zanurzania i prędkość ekstrakcji. Zmieniając te dwa parametry, można uzyskać średnice kuli w zakresie 100 μm - 1 000 μm.</li>
	<li>Zespół mikrosfera/trzpień jest następnie umieszczany w piecu w temperaturze ~90 °C na 4 godziny, aby umożliwić prawidłowe utwardzenie materiału polimerowego (w celu utworzenia usieciowanych łańcuchów). Rysunek 1a jest schematem Sfery I.</li>
</ol>
2. Trójwarstwowe przygotowanie sfery oparte na PDMS (Sfera II)
<ol>
	<li>Jako rdzeń wewnętrzny zastosowano mikrosferę PDMS w proporcji 60:1. W tym procesie wykonywane są te same kroki, które opisano w punkcie 1) powyżej.</li>
	<li>Jako warstwę środkową stosuje się mieszaninę nanocząstek tytanianu baru (BaTiO3) i PDMS w proporcji 60:1. Mieszaninę PDMS, przygotowaną w ten sam sposób, jak opisano w ppkt 1.1) powyżej, miesza się z nanocząstkami tytanianu baru.</li>
	<li>Rdzeń mikrosfery PDMS opisany w ppkt 2.1) jest następnie zanurzany w mieszaninie PDMS i tytanianu baru w celu jej pokrycia (o nominalnej grubości warstwy ~ 10 μm).</li>
	<li>Następnie dwuwarstwową kulę umieszcza się w piecu w temperaturze ~ 90 °C na 4 godziny, aby umożliwić prawidłowe utwardzenie drugiej warstwy.</li>
	<li>Po utwardzeniu dwuwarstwowej kuli ponownie zanurza się ją w mieszaninie PDMS 60:1 w celu uzyskania zewnętrznej powłoki (trzeciej warstwy). Ta najbardziej zewnętrzna warstwa służy jako sferyczny przewodnik optyczny (grubość ~10 μm). Rysunek 1b przedstawia schemat Sfery II.</li>
</ol>
3. Przygotowanie mikrosfery krzemionkowej/PDMS (Sfera III)
<ol>
	<li>Odcinek światłowodu jednomodowego krzemionkowego o długości ~ 3 cm jest najpierw usuwany z powłoki buforowej (plastikowej), a następnie jego końcówka jest topiona za pomocą mikropalnika (wraz z okładziną i rdzeniem). Napięcie powierzchniowe i grawitacja współpracują ze sobą, aby ukształtować stopioną końcówkę w kulę. W tym procesie można uzyskać kule o średnicach od 200 do 500 μm.</li>
	<li>Mikrosferę krzemionkową zanurza się następnie w kąpieli na bazie PDMS (bez utwardzacza) w celu pokrycia jej powłoką o grubości ~ 50 μm. Ta zewnętrzna warstwa pozostaje jako płyn Binghama o wysokiej lepkości (granica plastyczności). Rysunek 1c jest schematem Sfery III.</li>
</ol>
4. Przygotowanie światłowodu
<ol>
	<li>Odcinek światłowodu jednomodowego jest usuwany z plastikowej powłoki za pomocą ściągacza izolacji. Za pomocą mikropalnika pasiasty odcinek włókna jest podgrzewany aż do stopienia (zarówno okładzina, jak i rdzeń włókna).</li>
	<li>Podczas gdy środkowa sekcja jest stopiona, jeden koniec światłowodu jest ciągnięty wzdłuż jego osi, tworząc zwężający się odcinek światłowodu o długości około 1 cm. Czas nagrzewania, prędkość ciągnięcia i odległość określają średnicę odcinka stożkowego, która waha się od 10 do 20 μm. Światło z lasera DFB jest sprzężone z kulą przez stożkowy odcinek światłowodu. Rysunek 2 przedstawia sprzężenie kula-światłowód.</li>
</ol>
5. Konfiguracja optoelektroniczna
<ol>
	<li>Wyjście przestrajalnego lasera DFB jest sprzężone ze światłowodem jednomodowym na jednym końcu i zakończone szybką fotodiodą na drugim końcu, jak pokazano na rysunku 3.</li>
	<li>Wyjście fotodiody jest digitalizowane za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego (A/D) i przechowywane na komputerze osobistym (PC).</li>
	<li>Za pomocą etapu mikrotranslacji mikrosfera (typ I, II lub III) styka się ze stożkowym odcinkiem światłowodu (rysunki 2 i 3), aby zapewnić sprzężenie optyczne między dwoma elementami.</li>
	<li>Laser DFB jest dostrojony przez sterownik laserowy. Sterownik lasera jest z kolei napędzany przez generator funkcyjny, który zapewnia wejście napięcia piłokształtnego.</li>
</ol>
6. Wytwarzanie pola elektrycznego
<ol>
	<li>Dwie kwadratowe płytki mosiężne (2 x 2 cm) o grubości 1 mm służą do wytwarzania jednorodnego pola elektrycznego. Płytki są podłączone do źródła napięcia, a czujniki sferyczne są umieszczane w szczelinie między dwiema płytami (ilustracja 4).</li>
	<li>W celu zwiększenia czułości pomiaru, kule są najpierw umieszczane w polu elektrycznym o wartości 1 MV/m przez 2 godziny.</li>
</ol>

<ol><li>von Klitzing, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+whispering+gallery+modes+for+spectroscopy+and+CQED+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22New+journal+of+physics%22%5BJournal%5D)">Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments.</a> New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).</li>
<li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J., Sercel, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber-coupled+microsphere+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+letters%22%5BJournal%5D)">Fiber-coupled microsphere laser.</a> Optics letters. 25 (19), 1430-1432 (2000).</li>
<li>Tapalian, H. C., Laine, J. P., Lane, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermooptical+switches+using+coated+microsphere+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+photonics+technology+letters%22%5BJournal%5D)">Thermooptical switches using coated microsphere resonators.</a> IEEE photonics technology letters. 14 (8), 1118-1120 (2002).</li>
<li>Little, B. E., Chu, S. T., Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microring+resonator+channel+dropping+filters%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+lightwave+technology%22%5BJournal%5D)">Microring resonator channel dropping filters.</a> Journal of lightwave technology. 15, 998-1000 (1997).</li>
<li>Offrein, B. J., Germann, R., Horst, F., Salemink, H. W. M., Beyerl, R., Bona, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant+coupler-based+tunable+add-after-drop+filter+in+silicon-oxynitride+technology+for+WDM+networks%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+journal+of+selected+topics+in+quantum+electronics%22%5BJournal%5D)">Resonant coupler-based tunable add-after-drop filter in silicon-oxynitride technology for WDM networks.</a> IEEE journal of selected topics in quantum electronics. 5, 1400-1406 (1999).</li>
<li>Ilchenko, V. S., Volikov, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+tunable+high-Q+optical+microsphere+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+communications%22%5BJournal%5D)">Strain tunable high-Q optical microsphere resonator.</a> Optics communications. 145, 86-90 (1998).</li>
<li>Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shift+of+whispering-gallery+modes+in+microspheres+by+protein+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Optics%22%5BJournal%5D)">Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption.</a> Optics. 28 (4), 272-274 (2003).</li>
<li>Rosenberger, A. T., Rezac, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering-gallery+mode+evanescent-wave+microsensor+for+trace-gas+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">Whispering-gallery mode evanescent-wave microsensor for trace-gas detection.</a> Proceedings of SPIE. 4265, 102-112 (2001).</li>
<li>Ioppolo, T., Das, N., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering+gallery+modes+of+microspheres+in+the+presence+of+a+changing+surrounding+medium%3A+A+new+ray-tracing+analysis+and+sensor+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physics%22%5BJournal%5D)">Whispering gallery modes of microspheres in the presence of a changing surrounding medium: A new ray-tracing analysis and sensor experiment.</a> Journal of applied physics. 107, 103105(2010).</li>
<li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+force+sensor+based+on+morphology+dependent+optical+resonances+of+polymeric+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physics%22%5BJournal%5D)">High-resolution force sensor based on morphology dependent optical resonances of polymeric spheres.</a> Journal of applied physics. 105 (1), 013535(2009).</li>
<li>Ioppolo, T., Kozhevnikov, M., Stepaniuk, V., Ötügen, M. V., Sheverev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-optical+force+sensor+concept+based+on+whispering+gallery+mode+resonances%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+optics%22%5BJournal%5D)">Micro-optical force sensor concept based on whispering gallery mode resonances.</a> Applied optics. 47 (16), 3009-3014 (2008).</li>
<li>Ioppolo, T., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+tuning+of+whispering+gallery+mode+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+optical+society+of+America+B%22%5BJournal%5D)">Pressure tuning of whispering gallery mode resonators.</a> Journal of optical society of America B. 24 (10), 2721-2726 (2007).</li>
<li>Ioppolo, T., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+acceleration+on+the+morphology+dependent+optical+resonances+of+spherical+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+optical+society+of+America+B%22%5BJournal%5D)">Effect of acceleration on the morphology dependent optical resonances of spherical resonators.</a> Journal of optical society of America B. 28, 225-227 (2011).</li>
<li>Ayaz, U. K., Ioppolo, T., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wall+shear+stress+sensor+based+on+the+optical+resonances+of+dielectric+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+science+and+technology%22%5BJournal%5D)">Wall shear stress sensor based on the optical resonances of dielectric microspheres.</a> Measurement science and technology. 22, 075203(2011).</li>
<li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+whispering+gallery+modes+of+spherical+resonators+using+an+external+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Tuning of whispering gallery modes of spherical resonators using an external electric field.</a> Optics express. 17 (19), 16465-16479 (2009).</li>
<li>Ioppolo, T., Stubblefield, J., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field-induced+deformation+of+polydimethylsiloxane+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physics%22%5BJournal%5D)">Electric field-induced deformation of polydimethylsiloxane polymers.</a> Journal of applied physics. 112, 044906(2012).</li>
<li>Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., Ötügen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+photonic+wall+pressure+sensor+for+fluid+mechanics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+scientific+instrumentation%22%5BJournal%5D)">A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications.</a> Review of scientific instrumentation. 83, 105003(2012).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia.

Sfery są wstępnie polaryzowane poprzez podłączenie elektrod do źródła wysokiego napięcia stałego DC. Po zakończeniu czasu polaryzacji przewody elektrod są odłączane od źródła napięcia DC i podłączane do generatora funkcji, zgodnie z Rysunkiem 4. Wyniki przedstawione na Rysunkach 5 do 8 wykazują, że dodatnie i ujemne pola elektryczne (względem kierunku polaryzacji) prowadzą odpowiednio do wydłużenia i kompresji sfery. Sfera I, wykonana z pojedynczej warstwy PDMS 60:1, wyk...

<table><tbody><tr><td>PDMS</td><td>Dow</td><td>Corning Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>Instrument światłowodowy</td> z<td>włókna krzemionkowego</td> Sprzedaż <td>E-37AP15-FIS</td><td></td></tr><tr><td>Nanocząstki tytanianu baru (BaTiO3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>467634-100G</td><td></td></tr><tr><td>Kontroler laserowy</td><td>ILX Lightwave</td><td>LDC-3724B</td><td></td></tr><tr><td>DFB Laser</td><td>Agere Agere</td><td>2300</td><td>1.310 &mu; m centralna długość fali</td></tr><tr><td>Fotodioda</td><td>Thorlabs</td><td>PDA10CS</td><td></td></tr><tr><td>Karta A/D National</td><td>Instruments</td><td>PXI 6115</td><td></td></tr></tbody></table>

opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie whispering gallery

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Mody optyczne mikrownęk dielektrycznych zyskały w ostatnich latach duże zainteresowanie ze względu na ich potencjał w szerokim zakresie zastosowań. Tryby optyczne są często określane jako "tryby galerii szeptów" (WGM) lub "rezonanse zależne od morfologii" (MDR) i charakteryzują się wysokimi współczynnikami jakości optycznej. Niektóre proponowane zastosowania rezonatorów optycznych z mikrownękami to spektroskopia1, technologia laserowa mikrownęk2, komunikacja optyczna3-6 oraz technologia czujników. Zastosowania czujników opartych na WGM obejmują biologię7, wykrywanie gazów śladowych8 i wykrywanie zanieczyszczeń w cieczach9. Zaproponowano również czujniki mechaniczne oparte na rezonatorach mikrosferycznych, w tym dla siły10,11, ciśnienia12, przyspieszenia13 i naprężenia ścinającego ścianki14. W chwili obecnej demonstrujemy czujnik pola elektrycznego oparty na WGM, który opiera się na naszych wcześniejszych badaniach15,16. Potencjalnym zastosowaniem tego czujnika jest wykrywanie potencjału czynnościowego neuronów.
Czujnik pola elektrycznego oparty jest na wielowarstwowych mikrosferach dielektrycznych polimerowych. Zewnętrzne pole elektryczne indukuje siły powierzchniowe i ciała działające na kule (efekt elektrozwężenia), co prowadzi do odkształcenia sprężystego. Ta zmiana w morfologii sfer prowadzi do przesunięć w MGW. Przesunięcia WGM wywołane polem elektrycznym są badane poprzez wzbudzanie modów optycznych kul za pomocą światła laserowego. Światło z lasera z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) (nominalna długość fali ~ 1,3 μm) jest sprzężone bocznie z mikrosferami za pomocą stożkowego odcinka światłowodu jednomodowego. Materiałem bazowym kulek jest polidimetylosiloksan (PDMS). Stosowane są trzy geometrie mikrosfery: (1) kula PDMS o stosunku objętościowym mieszaniny bazy do utwardzacza 60:1, (2) kula wielowarstwowa z rdzeniem PDMS 60:1, w celu zwiększenia stałej dielektrycznej kuli, środkowa warstwa PDMS 60:1, która jest mieszana z różnymi ilościami (od 2% do 10% objętości) tytanianu baru i zewnętrzna warstwa 60:1 PDMS oraz (3) stała kula krzemionkowa pokryta cienką warstwą nieutwardzonego PDMS baza. W każdym typie czujnika światło laserowe ze stożkowego włókna jest sprzężone z najbardziej zewnętrzną warstwą, która zapewnia wysoki współczynnik jakości optycznej WGM (Q ~ 106). Mikrosfery są nabijane przez kilka godzin na pola elektryczne o wartości ~ 1 MV/m, aby zwiększyć ich czułość na pole elektryczne.

Mod sferyczny (WGM) sfery jest wzbudzany przez światło laserowe, gdy optyczna długość drogi przebytej przez światło jest wielokrotnością długości fali lasera. Dla układu przedstawionego na Rysunku 3, optyczna długość drogi wynosi 2πrn, gdzie n i r to odpowiednio współczynnik załamania i promień sfery. Stosując przybliżenie optyki geometrycznej, warunek WGM jest spełniony, gdy 2πrn = lλ, gdzie l jest liczbą całkowitą, a λ jest długością fali lasera...

Mikroczujnik fotoniczny o wysokiej czułości został opracowany do wykrywania pola elektrycznego. Czujnik wykorzystuje mody optyczne kuli dielektrycznej. Zmiany w zewnętrznym polu elektrycznym zaburzają morfologię kuli, prowadząc do przesunięć w jej modach optycznych. Natężenie pola elektrycznego jest mierzone poprzez monitorowanie tych przesunięć optycznych.

Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie Whispering Gallery

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

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.

development-whispering-gallery-mode-polymeric-micro-optical-electric

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego trybu galerii szepczącej

Biosensory współpracują ze złożonymi środowiskami biologicznymi i przeprowadzają ukierunkowaną detekcję, łącząc wysokoczułe czujniki z wysoce specyficznymi sondami przytwierdzonymi do czujnika poprzez modyfikację powierzchni. W niniejszym materiale demonstrujemy funkcjonalizację powierzchni krzemionkowych czujników optycznych biotyną przy użyciu czynników sprzęgających na bazie silanów w celu stworzenia pomostu między czujnikiem a środowiskiem biologicznym.

Przyłączanie sond biologicznych do krzemionkowych biosensorów optycznych z użyciem silanowych środków sprzęgających

Czujniki mikrownękowe z rdzeniem fluorescencyjnym wykorzystują powłokę z kropek kwantowych o wysokim indeksie w kanale mikrokapilar krzemionkowych. Zmiany współczynnika załamania światła płynów pompowanych do kanału kapilarnego powodują przesunięcia w widmie fluorescencji mikrownęki, które można wykorzystać do analizy ośrodka kanałowego.

Synteza i działanie mikrownęk z rdzeniem fluorescencyjnym w detekcji refraktometrycznej

Przedstawiono dostosowane techniki opracowane w naszym laboratorium do budowy mikrofalowych systemów fotonicznych opartych na rezonatorach o ultra-wysokim Q w trybie galerii szeptów. Protokoły uzyskiwania i charakteryzowania tych rezonatorów są szczegółowo opisane i podano wyjaśnienie niektórych z ich zastosowań w fotonice mikrofalowej.

Mikrofalowe systemy fotoniczne oparte na rezonatorach z galerią szeptów

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.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

W tym artykule przedstawiono efektywne generowanie zjawisk nieliniowych związanych z optyczną podatnością Χ(3) trzeciego rzędu w potrójnie rezonansowych mikrosferach krzemionkowych. Opisane tutaj interakcje to: Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS) i cztery procesy mieszania fal składające się na wymuszone rozpraszanie Ramana Anti-Stokes (SARS).

Stymulowane rozpraszanie Ramana Stokesa i antystokesa w mikrosferycznych rezonatorach w trybie galerii szeptów

Tutaj prezentujemy protokół do szacowania właściwości optycznych materiału i powierzchni za pomocą efektu fotoakustycznego połączonego z całkowitym wewnętrznym odbiciem. Technika ta, która eliminuje fotoakustykę opartą na polu, może być wykorzystana do stworzenia fotoakustycznego systemu metrologicznego do szacowania grubości materiałów, współczynników załamania światła objętościowych i cienkowarstwowych oraz badania ich właściwości optycznych.

Fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach

Przedstawiono protokoły syntezy mikrosfer z polimerów, manipulacji mikrosferami i pomiarów mikrofotoluminescencji.

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Przedstawiono protokół dla projektowania wiązki o stałej i stałej wiązce za pomocą laserowego wibrometru dopplerowskiego (LDV), w tym pomiar strojenia częstotliwości, modyfikację możliwości strojenia oraz unikanie awarii i problemów urządzenia. Wyższość metody LDV nad analizatorem sieci wynika z jej wyższej zdolności modalnej.

Metodologia projektowania i charakteryzacji wydajnych filtrów MEMS o szerokim zakresie

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Poznaj metodę pomiaru pola elektrycznego wykorzystującą zjawisko Whispering Gallery w mikrosferach dielektrycznych. Technika oferuje wysoką czułość, niskie zużycie energii i miniaturyzację czujników.

Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie Whispering Gallery

Przeglądaj więcej filmów