Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Ogólnym celem tej procedury jest wykonanie i zademonstrowanie oscylatorów optomechanicznych pracujących w ośrodkach w fazie ciekłej. Cel ten osiąga się poprzez najpierw wytworzenie mikrofluidycznych rezonatorów optomechanicznych za pomocą nagrzewania i wyciągania prefabrykatów kapilarnych ze szkła kwarcowego pod wpływem promieniowania lasera CO2. Drugim krokiem jest montaż wykonanych urządzeń w celu przeprowadzenia testów.

Następnie laser diodowy jest wykorzystywany do pompowania optycznych modów szeptowej galerii wytworzonego urządzenia za pomocą zwężanego światłowodu. W końcowym etapie analiza widma elektronicznego wyjściowych sygnałów optycznych służy do wykazania oddziaływań optomechanicznych oraz detekcji za pomocą modów mechanicznych w cieczach. Urządzenia te zapewniają wcześniej niedostępną możliwość przeprowadzania eksperymentów z zakresu optomechaniki z materiałami w fazie ciekłej.

Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą napotykają trudności, ponieważ parametry wytwarzania i proces wymagają praktyki oraz optymalizacji. Demonstracja tej metody jest kluczowa, gdyż sterowanie i identyfikacja modów optomechanicznych są trudne do opanowania. Rezonatory mikrofluidyczne zostaną wykonane poprzez ogrzewanie i wyciąganie szklanych kapilar prekursorowych w celu realizacji tego pierwszego etapu.

Dwa sterowane programowo linearne stoły przesuwne. Są one ustawione tak, aby poruszały się wzdłuż tej samej linii. Powinny być oddalone od siebie o kilka centymetrów, aby kapilara mogła zostać rozciągnięta nad powstałą przerwą.

Uchwyty próbek na stołach powinny być wyrównane tak, aby kapilara znajdowała się na osi. Wzdłuż linii ruchu stołów, przed kontynuacją, ogrzewanie zostanie przeprowadzone za pomocą dwóch laserów CO2. Należy zachować odpowiednie środki ostrożności podczas pracy z laserami o wysokiej mocy.

Następnie skieruj wiązki laserów tak, aby celowały w ten sam punkt w przerwie między platformami liniowymi. Punkt ten powinien znajdować się w miejscu, w którym zostanie zawieszona kapilara. Użyj bloków wiązki, aby zatrzymać promienie za punktem celu.

Użyj oprogramowania do jednoczesnej kontroli dwóch stopni translacji oraz poziomów mocy dwóch laserów CO2. W tej konfiguracji stabilne kapilary powstają, gdy jeden stopień porusza się szybko, około 10 mm/s, a drugi wolno, około 0,5 mm/s w tym samym kierunku, aby podawać więcej materiału do strefy grzania.

Oba laserы są ustawione na 4,5 W na trzysekundowy okres wstępnego podgrzewania, a następnie na 5 W lub więcej podczas procesu wyciągania. Aby wykonać rezonator, należy użyć preformy kapilarnej z topionego krzemionki i odciąć odcinek o długości od około dwóch do czterech centymetrów, tak aby mógł on pomieścić się między dwoma uchwytami próbek na liniowej platformie translacyjnej.

Następnie przymocuj kapilarę do uchwytów na próbki w taki sposób, aby strefa celu lasera znajdowała się mniej więcej w połowie długości kapilary. Następnie uruchom oprogramowanie sterujące.

Laser wstępnie podgrzewa kapilarę przez trzy sekundy. Następnie kapilara jest wyciągana przez około 10 sekund. Po zakończeniu procesu należy wyjąć wyciągniętą kapilarę, chwytając ją wyłącznie za gruby, nierozciągnięty koniec, aby zapobiec zanieczyszczeniu.

Zawieś kapilarę w taki sposób, aby czysta powierzchnia rezonatora była zawieszona w powietrzu. Przygotuj kapilary o różnych średnicach, zmieniając parametry wyciągania i powtarzając proces wytwarzania, aby upewnić się, że kapilary są drożne. Pracuj z wykorzystaniem strzykawki oraz płytkiej kąpieli wodnej.

Ostrożnie wyjmij gotową kapilarę i zanurz jeden jej koniec w wodzie. Użyj strzykawki, aby przedmuchać powietrzem drugi koniec. Pojawienie się pęcherzyków powietrza wskazuje, że kapilara jest drożna.

Przed przetestowaniem kapilar należy przygotować uchwyt do ich montażu. W tym celu należy wyciąć trzy szklane elementy o wymiarach 1 cm x 0,5 cm z płytek szkiełek przedmiotowych. Dodatkowo należy wyciąć jeden element o wymiarach 3 cm x 0,5 cm, również z płytki szkiełka przedmiotowego.

Następnie należy użyć kleju do szkła lub superkleju, aby złożyć te elementy w eha. Dalej, z kapilary naciąganej należy odciąć fragment o długości pozwalającej na objęcie odległości między dwiema sąsiednimi gałęziami uchwytu w kształcie litery U i wystający poza ich zakres. Za pomocą kleju optycznego należy przykleić kapilarę tak, aby jej końce wystawały poza dwie gałęzie uchwytu, a jej środek był zawieszony pomiędzy nimi.

Następnie utwardź klej optyczny za pomocą lampy UV LED przez wymagany czas. Po około 10 sekundach przygotuj rurkę plastikową o średnicy wewnętrznej nieco większej niż kapilara. Ostrożnie nałóż rurkę na każdy koniec zamocowanej kapilary.

Ponownie należy użyć kleju optycznego, aby uszczelnić połączenie między kapilarą a elementem, a następnie utrwalić je światłem UV. Po utwardzeniu zespół jest gotowy do montażu. Należy wykorzystać trzecią wolną gałązkę szklaną, aby przymocować strukturę na miejscu.

W tym doświadczeniu wykorzystano światłowodowy laser podczerwony z regulowaną długością fali, podłączony do generatora funkcji. Służy on do okresowego przemieszczania długości fal laserowych. Wiązka wyjściowa lasera jest najpierw przepuszczana przez kontroler polaryzacji.

Następnie światło jest sprzęgane z jednomodowym światłowodem zwężanym z pasma telekomunikacyjnego, który znajduje się w pobliżu nano-pozycjonera. Po światłowodzie zwężanym światło przechodzi przez tłumiki w celu ochrony analizatorów znajdujących się w dalszej części układu. W tym doświadczeniu, za tłumikiem światło jest kierowane do fotodetektora podłączonego do analizatora widma elektrycznego oraz oscyloskopu.

Rozpocznij eksperyment od stabilizacji lasera i rozpoczęcia skanowania długości fali wiązki laserowej. Następnie pobierz zamontowany rezonator kapilarny i umieść uchwyt rezonatora kapilarnego na stole nanopozycyjnym w pobliżu zwężonego włókna. Następnie ostrożnie przesuń stół, aby zbliżyć rezonator do zwężonego włókna na odległość około jednego mikrona w celu uzyskania sprzężenia ewanescentnego.

Podczas przesuwania długości fal, spadki transmisji lasera w funkcji czasu obserwowane na oscyloskopie wskazują na obecność sprzężenia zanikającego oraz rezonansów. Należy użyć analizatora widma, aby wyszukać interferencję czasową pomiędzy wejściowym światłem laserowym a światłem rozproszonym. Ta nuta dudnienia występuje przy częstotliwości oscylacji mechanicznych.

W tym przykładzie w kapilarze zostanie wzbudzony mod mechaniczny o częstotliwości 24,94 MHz za pomocą ciśnienia promieniowania; podjęto próbę zsynchronizowania go z odpowiednim modem optycznym dla oscylacji mechanicznych poprzez wyłączenie skanowania częstotliwości lasera i kontrolowanie długości fali lasera. W trybie ciągłym (CW) na oscyloskopie pojawią się sygnały okresowe w przypadku występowania modu mechanicznego. Po opanowaniu procedury procesy wytwarzania urządzenia i testowania mogą zostać ukończone w około 45 minut, pod warunkiem prawidłowego wykonania.

Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że rezonatora oraz zwężonego włókna nie wolno dotykać ręcznie, nawet za pomocą pęsety. Jest to niezbędne dla zachowania czystości powierzchni. Od momentu opracowania technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie optomechaniki wnękowej do eksplorowania nowych oddziaływań z cieczami i analitami biologicznymi.