Name: Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Poznaj metodę produkcji mikroprzepływowych rezonatorów optomechanicznych z wykorzystaniem lasera CO2 i szkła kwarcowego. Technika ta umożliwia badanie oscylacji optomechanicznych w cieczach.

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

playerTrialDesktop

Ta praca została sfinansowana przez fundusze Startup z University of Illinois w Urbana-Champaign, program DARPA ORCHID poprzez grant od AFOSR, National Science Foundation poprzez grant CMMI-1265164, oraz program National Science Foundation Graduate Research Fellowship. Doceniamy pouczające dyskusje z prof. Jackiem Harrisem, prof. Pierre'em Meystre, dr Mattem Eichenfieldem, prof. Taherem Saifem i prof. Rashidem Bashirem.

1. Produkcja rezonatorów mikroprzepływowych o ultrawysokiej jakości Q
<ol>
	<li>Przygotowanie zestawu do produkcji kapilar
	<ol>
		<li>Wytwarzaj mikroprzepływowy rezonator optomechaniczny w następujący sposób – Podgrzej szklaną preformę kapilarną za pomocą około 10 W promieniowania laserowego CO2 o długości fali 10,6 mikrona i wyciągnij podgrzaną kapilarnę liniowo za pomocą zmotoryzowanych etapów translacji. Rysunek 1 przedstawia rozmieszczenie etapów translacji liniowej, laserów oraz położenie preformy kapilarnej przed procesem ciągnięcia.</li>
		<li>Zaprogramuj odpowiednie oprogramowanie do automatyzacji, aby jednocześnie sterować dwoma laserami CO2 (do ogrzewania) i dwoma stopniami liniowymi. Dwa stopnie liniowe wykonują proces rysowania kapilary ogrzewanej laserowo.</li>
		<li>Jeden z etapów liniowych musi być szybki (np. 5 mm/s) dla procesu rysowania liniowego. Podawanie większej ilości materiału do strefy grzewczej za pomocą drugiego, wolniejszego stopnia liniowego (np. 0,5 mm/s), ponieważ materiał preformy kapilarnej ulega wyczerpaniu podczas procesu ciągnięcia.</li>
		<li>Wyrównaj uchwyty próbek na stolikach liniowych wzdłuż osi pionowej i poziomej.</li>
		<li>Ostrożnie ustawić obie wiązki laserowe CO2 tak, aby były skierowane na to samo miejsce w przestrzeni (między uchwytami próbki). Do tego procesu przydatny jest kawałek papieru kartonowego lub papieru wrażliwego na ciepło. Nie zapomnij użyć ochrony oczu dla bezpieczeństwa lasera. Nie opuszczaj oczu na poziom stołu. Stosować odpowiednie bloki belkowe, odprowadzanie spalin i ochronę przeciwpożarową.</li>
		<li>Wybierz rozsądne parametry procesu rysowania. Na przykład następujące parametry niezawodnie zapewniają dobry rozmiar kapilary — prędkość ciągnięcia 10 mm/s, prędkość oddawania energii 0,5 mm/s, czas podgrzewania 3 s, moc podgrzewania 4,5 W dla obu laserów i moc grzewcza 5 W dla obu laserów.</li>
		<li>Modulacja mocy lasera podczas ciągnięcia może być wykorzystana do kontrolowania promienia kapilary wzdłuż podczas procesu ciągnienia w celu utworzenia rezonatorów "butelkowych". Przykład pokazano na rysunku 2d. Dobierz odpowiednie parametry modulacji: częstotliwość 3 Hz, 6 W i 3 W dla mocy lasera oraz 50% cykl pracy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie mikroprzepływowych rezonatorów optomechanicznych
	<ol>
		<li>Wytnij wystarczająco długi segment (około 2-4 cm) kapilary ze stopionej krzemionki, tak aby mógł dotrzeć do dwóch uchwytów przymocowanych do liniowych etapów translacji.</li>
		<li>Zamontuj kapilarną próbkę na uchwytach na próbki w taki sposób, aby strefa docelowa lasera znajdowała się mniej więcej w środku kapilary. W razie potrzeby wyreguluj wyrównanie lasera CO2</li>.
		<li>Pociągnąć kapilarę, stosując parametry podane w ppkt 1.1.6. Najpierw podgrzej kapilarnę przez kilka sekund (rysunek 2a), a następnie pociągnij ją z modulacją laserową lub bez (parametry w 1.1.7) w zależności od potrzeb.</li>
		<li>Usunąć narysowaną kapilarnę (rysunek 2b) z uchwytu na próbki. Z próbką należy obchodzić się w rękawiczkach tylko na dwóch grubych końcach, aby nie zanieczyścić czystej powierzchni rezonatora.</li>
		<li>Zmieniaj parametry ciągnięcia, aby wytworzyć kapilary o różnych średnicach. Zazwyczaj średnica zewnętrzna waha się od 30 μm do 200 μm w zależności od warunków ciągnięcia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Montaż wyprodukowanego urządzenia do testowania
	<ol>
		<li>Przygotuj uchwyt na szkło w kształcie litery E (rysunek 2c). Wytnij trzy kawałki szkła o wymiarach 1 cm x 0,5 cm i jeden o wymiarach 3 cm x 0,5 cm ze szkiełek podstawowych. Złóż je w kształt litery E za pomocą kleju do szkła lub kleju superglue.</li>
		<li>Wyciąć kawałek kapilary mikroprzepływowej z pobranej próbki. Długość ta powinna być większa niż odległość między dwiema sąsiednimi szklanymi gałęziami na uchwycie w kształcie litery E.</li>
		<li>Przyklej urządzenie mikrokapilarne do uchwytu za pomocą kleju optycznego, upewniając się, że część wisi niezanieczyszczona między dwiema gałęziami uchwytu w kształcie litery E. Utwardź klej optyczny za pomocą źródła światła LED utwardzanego promieniami UV przez 10 sekund. Rysunki 2c i 2d pokazują gotowy produkt.</li>
		<li>Ostrożnie włóż oba końce zamontowanego rezonatora do dwóch nieco większych plastikowych rurek (np. o średnicy wewnętrznej 200 μm). Klej i promieniowanie UV utwardzają oba końce plastikowych tubek za pomocą kleju optycznego.</li>
		<li>Zamocuj konstrukcję w kształcie litery E od trzeciej (wolnej) gałęzi szkła do zaciśniętego urządzenia montażowego w celu przetestowania. Współczynnik jakości optycznej końcowego rezonatora mikroprzepływowego zależy od tego, jak dobrze lasery produkcyjne były ustawione i jak stabilne były ich poziomy mocy.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Konfiguracja eksperymentalna do testów optomechanicznych
<ol>
	<li>Produkcja światłowodów stożkowych
	<ol>
		<li>Przygotuj światłowód jednomodowy telekomunikacyjny o żądanej długości (np. kilka stóp). Segment światłowodu powinien być wystarczająco długi, aby można go było zarówno zamontować w obszarze zwężania, jak i podłączyć do zestawu (rysunek 4). Opisana tutaj metoda zwężania jest podobna do tej, która została zasugerowana i zademonstrowana w 22.</li>
		<li>Połącz przygotowany segment światłowodu z resztą zestawu eksperymentalnego za pomocą dowolnej wygodnej metody łączenia światłowodów.</li>
		<li>Zamontuj splamiony segment włókna na dwóch ściągaczach liniowych, które są skierowane do siebie.</li>
		<li>Zdejmij osłonę z włókna na środku zamontowanego fragmentu włókna, aby odsłonić obszar okładziny. To tutaj zostanie wyprodukowany stożek. Oczyść usunięty obszar metanolem.</li>
		<li>Włącz przestrajalny laser, aby zobaczyć transmisję w czasie rzeczywistym na oscyloskopie. Upewnij się, że ustawiłeś tłumiki tak, aby fotodetektory nie zostały uszkodzone.</li>
		<li>Umieść palnik wodorowy z wąską dyszą bezpośrednio pod nieosłoniętą częścią włókna. Przestrzegaj wszystkich zalecanych procedur bezpieczeństwa podczas pracy z gazami palnymi pod ciśnieniem, takimi jak wodór. Można również zastosować inne "czyste spalanie" źródeł płomienia lub grzejników ceramicznych.</li>
		<li>Przed zapaleniem gazu należy sprawdzić natężenie przepływu, aby płomień nie był zbyt duży (wystarczy płomień o wysokości 1-2 cm). Zauważ, że płomień jest w większości niewidoczny, ale może być widziany jako słaba pomarańczowa poświata w ciemnym pokoju. Natężenie przepływu wodoru powinno być ustawione na punkt, w którym zapalony płomień odpowiednio zmiękczy włókno szklane.</li>
		<li>Rozpal płomień. Gdy tylko płomień się zapali, zacznij ciągnąć światłowód za pomocą zmotoryzowanych etapów. Odpowiednia prędkość ciągnięcia zależy od natężenia przepływu wodoru gazowego i sąsiedztwa płomienia. UWAGA: Transmisja przez światłowód zacznie wykazywać oscylacje czasowe w miarę ciągnięcia. Wskazuje to na pracę w wielu trybach.</li>
		<li>Kiedy zachowanie oscylacyjne ustanie i pokaże niezmienny sygnał w czasie, przestań ciągnąć i natychmiast wyłącz płomień. Dzieje się tak, gdy uzyskuje się stożek jednomodowy. Sprawdź skrzynię biegów. Jeżeli transmisja jest zbyt niska, należy powtórzyć procedurę opisaną w ppkt 2.1.1. ze zmodyfikowanym natężeniem przepływu gazu, wielkością płomienia i lokalizacją płomienia. Czasami niska transmisja może być spowodowana złym ustawieniem w kroku 2.1.3. lub z powodu zanieczyszczenia odsłoniętej okładziny.</li>
		<li>Jeśli wynikowa transmisja przez stożek jest zadowalająca, odczekaj kilka minut, aby schłodzić stożek.</li>
		<li>Sprawdź stożek pod mikroskopem. Dla roboczej długości fali 1 550 nm typowa średnica stożka jednomodowego jest rzędu 1-2 μm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sprzężenie stożkowe z WGR i wyszukiwanie sygnałów elektronicznych wskazujących na drgania
	<ol>
		<li>Skonfiguruj eksperyment w konfiguracji pokazanej na rysunku 3. Drgania mechaniczne mogą być generowane zarówno przez SBS, jak i RP w tej samej konfiguracji eksperymentalnej. W celu wyraźnego wykrycia sygnałów rozpraszanych wstecznie, jak w przypadku wstecznego SBS4,21, należy użyć cyrkulatora między laserem stożkowym a przestrajalnym.</li>
		<li>Przed włączeniem przestrajalnego lasera IR upewnij się, że ustawiłeś tłumiki na miejscu, aby fotodetektory nie zostały uszkodzone.</li>
		<li>Włącz i ustabilizuj przestrajalny laser na podczerwień. Generator funkcyjny służy do przemiatania częstotliwości wejściowego lasera IR.</li>
		<li>Zamontuj uchwyt rezonatora na stoliku do nanopozycjonowania. Ostrożnie zbliż rezonator do stożkowego włókna, aby uzyskać sprzężenie ulotne. Gdy częstotliwość lasera jest zamiatana, rezonanse optyczne pojawią się jako spadki transmisji w oscyloskopie, jak na rysunku 2b z 22.</li>
		<li>Podłącz wyjście fotodetektora do elektrycznego analizatora widma (ESA), gdzie można zaobserwować interferencję czasową (tj. nutę dudnienia) między wejściowym światłem laserowym a światłem rozproszonym. Ta interferencja czasowa występuje przy częstotliwości drgań mechanicznych. Funkcja "peak hold" w analizatorze widma jest często przydatna w początkowym poszukiwaniu drgań mechanicznych.</li>
		<li>Użyj większej mocy wejściowej podczas początkowego wyszukiwania drgań mechanicznych, zwłaszcza gdy wewnątrz urządzenia znajdują się płyny. UWAGA: Zazwyczaj moc wejściowa rzędu 100 μW do urządzenia jest wystarczająca do wzbudzenia drgań mechanicznych.</li>
		<li>Jeśli zaobserwuje się oscylacje mechaniczne, spróbuj zablokować odpowiedni tryb optyczny, wyłączając skanowanie częstotliwości lasera i kontrolując długość fali lasera w trybie CW. Tutaj zarówno oscyloskop, jak i analizator widma są przydatne w tandemie. Sygnały okresowe pojawiają się na oscyloskopie, gdy obecny jest tryb mechaniczny, jak pokazano na rysunkach 5 i 1,6.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Pomiar drgań optomechanicznych
<ol>
	<li>Optyczny i elektroniczny podpis modów ciśnienia promieniowania (RP)
	<ol>
		<li>Jak opisano w ppkt 2.2, oscylacje mechaniczne będą obserwowane, gdy stożek i urządzenie są prawidłowo sprzężone, tryby optyczne i mechaniczne urządzenia mają wystarczające współczynniki Q i zapewniona jest wystarczająca wejściowa moc optyczna. Jeśli nie obserwuje się oscylacji w zakresie 10 MHz - 1 GHz, spróbuj zmienić polaryzację, aby zbadać różne rezonanse lub zwiększ moc wejściową z przestrajalnego lasera, aby pokonać minimalny próg oscylacji. Podczas zwiększania mocy wejściowej należy zawsze uważać, aby nie nasycić fotodetektorów. Ponadto, jak opisano w punkcie 8, odległość sprzężenia jest kluczowym czynnikiem dla ekscytujących różnych trybów RP.</li>
		<li>Jeśli tryby mechaniczne nadal nie są obserwowane, spróbuj zmierzyć współczynnik jakości optycznej. W przypadku mikroprzepływowych rezonatorów optomechanicznych wyniki pokazują, że współczynnik jakości optycznej 106 jest wystarczający do wzbudzenia oscylacji parametrycznych13, 
		UWAGA: Zazwyczaj tryby RP objawiają się jako oscylacje elektroniczne na analizatorze widma, którym towarzyszą ich harmoniczne, jak pokazano na rysunku 5. Reprezentatywne wyniki zostaną omówione w sekcji 4.</li>
		<li>Użyj skaningowego interferometru Fabry'ego-Perota lub optycznego analizatora widma o wysokiej rozdzielczości, aby wykryć optyczne pasma boczne, które są generowane w wyniku modulacji amplitudy i fazy, która z kolei jest indukowana przez okresowe odkształcenie wnęki. Przykładowy pomiar można zobaczyć na rysunku 3h z 1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Optyczna i elektroniczna sygnatura trybów akustycznych galerii szeptanej
	<ol>
		<li>Częstotliwość akustyczna wstecznego SBS dla szkła krzemionkowego wynosi około 11 GHz, gdy używany jest laser z pompą 1,5 mikrona4,23. Użyj cyrkulatora, który monitoruje światło rozproszone wstecznie i niewielką ilość pompy rozproszonej Rayleigha, aby obserwować sygnały elektroniczne dla tych trybów wibracyjnych. Użyj optycznego analizatora widma o wysokiej rozdzielczości, aby rozwiązać rozproszone światło. Przykładowy pomiar pokazano na rysunku 2 z 4.</li>
		<li>Użyj nuty dudnienia między światłem rozproszonym do przodu a laserem pompującym, aby obserwować tryby akustyczne galerii szeptów o niższej częstotliwości (poniżej 1 GHz).</li>
		<li>Ze względu na mniejszą sztywność mechaniczną w kierunku oddychania, sygnał z SBS jest czasami słabszy niż sygnał z trybów RP. Ponownie przemiataj laser z małą prędkością i użyj "zatrzymania szczytu" na analizatorze widma, aby pomóc w znalezieniu sygnału SBS.</li>
		<li>Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do trybów oddychania wzbudzonych RP, tryby akustyczne wzbudzone SBS nie wykazują harmonicznych w widmach optycznych i elektronicznych (chyba że zachodzi wzbudzenie kaskadowe4,24). Zamiast tego pojawia się tylko jedna wstęga boczna Stokesa dla trybów SBS.</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>

Nie mamy nic do ujawnienia.

Wyprodukowaliśmy i przetestowaliśmy nowe urządzenie, które łączy optomechanikę wnęki z mikrofluidyką, wykorzystując rezonanse optyczne o wysokiej jakości Q do wzbudzania (i tłumienia) drgań mechanicznych. Zaskakujące jest to, że w tym samym urządzeniu dostępnych jest wiele mechanizmów wzbudzenia, które generują różnorodne mechaniczne mody drgań z szybkością od 2 MHz do 11 300 MHz. Ciśnienie promieniowania odśrodkowego obsługuje zarówno tryby kieliszka do wina, jak i tryby oddychania w zakresie 2-200 MHz, Rozpraszanie Bri...

Optomechanika wnęki bada parametryczne sprzężenie między modami fononów i modami fotonów w mikrorezonatorach za pomocą ciśnienia promieniowania (RP)1-3 i stymulowanego rozpraszania Brillouina (SBS)4-6. Mechanizmy SBS i RP zostały zademonstrowane w wielu różnych układach optycznych, takich jak światłowody7, mikrosfery4,6,8, toroidy1,9 i rezonatory krystaliczne5,10. Poprzez to sprzężenie fotonowo-fononowe zademonstrowano zarówno chłodzenie11, jak i wzbudzenie6,10 modów mechanicznych. Jednak prawie wszystkie doniesienia o eksperymentach optomechanicznych dotyczą stałych faz materii. Dzieje się tak, ponieważ bezpośrednie zanurzenie urządzeń optomechanicznych w cieczach powoduje znacznie zwiększone straty akustyczne promieniowania ze względu na wyższą impedancję cieczy w porównaniu z powietrzem. Ponadto w niektórych sytuacjach mechanizmy strat rozpraszających w cieczach mogą przewyższać straty akustyczne promieniowania.
Niedawno wprowadzono nowy typ pustego oscylatora optomechanicznego o geometrii mikrokapilarnej12-15, który z założenia jest przystosowany do eksperymentów mikroprzepływowych. Średnica tej kapilary jest modulowana na całej jej długości, tworząc wiele "rezonatorów butelkowych", które jednocześnie ograniczają optyczne rezonanse galerii szeptów16, jak również mechaniczne mody rezonansowe17. Uczestniczy w nim wiele rodzin mechanicznych trybów rezonansowych, w tym tryby oddychania, tryby kieliszka do wina i tryby akustyczne z galerią szeptów. Rezonanse akustyczne kieliszka do wina (fala stojąca) i galeria szeptów (fala wędrująca) powstają, gdy na obwodzie urządzenia występuje drganie o całkowitej wielokrotności długości fal akustycznych. Światło jest ulotnie sprzężone z optycznymi modami galerii szeptów tych "butelek" za pomocą zwężającego się światłowodu18. Uwięzienie cieczy wewnątrz19,20 rezonatora kapilarnego, w przeciwieństwie do jego zewnątrz, umożliwia jednocześnie wysokie czynniki jakości mechanicznej i optycznej, co pozwala na optyczne wzbudzenie modów mechanicznych zarówno za pomocą RP, jak i SBS. Jak wykazano, te wzbudzenia mechaniczne są w stanie przeniknąć do płynu wewnątrz urządzenia12,13, tworząc wspólny tryb rezonansowy ciało stałe-ciecz, umożliwiając w ten sposób optomechaniczny interfejs ze środowiskiem płynowym wewnątrz.
W tym artykule opisujemy produkcję, uruchamianie RP i SBS oraz reprezentatywne wyniki pomiarów dla tego nowatorskiego systemu optomechanicznego. Dostępne są również specjalne listy materiałów i narzędzi.

<table><tbody><tr><td>Przestrajalny laser IR</td><td>Newfocus</td><td>TLB-6328</td><td></td></tr><tr><td>Fotodetektory</td><td>Newfocus</td><td>1811-FC (niska prędkość 125 MHz) / 1611-FC-AC (wysoka prędkość 1 GHz)</td><td></td></tr> <tr><td>Światłowód</td><td>Corning</td><td>SMF28</td><td></td></tr><tr><td>Kapilara krzemionkowa</td><td>PolyMicro</td><td>TSP700850</td><td></td></tr><tr><td>10,6 um Długość fali CO2</td><td>Synrad</td><td>48-1KWM i 48-2KWM</td><td></td></tr><tr><td>Klej optyczny utwardzany promieniami UV</td><td>Thorlabs</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Rurka</td><td>Tygon</td><td>EW-06418-01</td><td></td></tr><tr><td>Strzykawki</td><td>B-D</td><td>YO-07940-12</td><td></td></tr><tr><td>Igły</td><td>Weller</td><td>KDS201P</td><td></td></tr><tr><td>Analizator widma elektrycznego</td><td>Agilent Technologies</td><td>N9010A (EXA Signal Analyzer)</td><td></td></tr><tr><td>Analizator widma elektrycznego</td><td>Tektronix</td><td>6114A (RSA, Analizator widma w czasie rzeczywistym)</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny analizator widma</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>Oscyloskop</td><td>Tektronix</td><td>DPO 4104B-L</td><td></td></tr><tr><td>Złote lustra</td><td>II-VI 836627</td><td></td><td></td>podczerwieni</tr><tr><td>Stolik liniowy (wolny)</td><td>DryLin</td><td>H1W1150</td><td></td></tr><tr><td>Stolik liniowy (szybki)</td><td>PBC Liniowy</td><td>MTB055D-0902-14F12</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny analizator widma Fabry Perot</td><td>Thorlabs</td><td>SA 200-14A (FSR: 1,5 GHz)</td><td></td></tr></tbody></table>

produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Eksperymenty z optomechaniką wnęki, które parametrycznie sprzęgają mody fononów i fotony, były badane w różnych systemach optycznych, w tym w mikrorezonatorach. Jednak ze względu na zwiększone straty promieniowania akustycznego podczas bezpośredniego zanurzenia urządzeń optomechanicznych w cieczy, prawie wszystkie opublikowane eksperymenty optomechaniczne przeprowadzono w fazie stałej. W artykule omówiono niedawno wprowadzony pusty w środku mikroprzepływowy rezonator optomechaniczny. Podano szczegółową metodologię wytwarzania tych rezonatorów mikroprzepływowych o ultra-wysokiej jakości, przeprowadzania testów optomechanicznych i pomiaru drgań parametrycznych w trybie oddychania napędzanym ciśnieniem promieniowania i w trybie galerii szeptów sterowanych SBS. Dzięki zamknięciu cieczy wewnątrz rezonatora kapilarnego utrzymywane są jednocześnie wysokie współczynniki jakości mechanicznej i optycznej.

Kapilary wytworzone tą metodą są cienkie (od 30 µm do 200 µm), przejrzyste i bardzo elastyczne, a jednocześnie wystarczająco wytrzymałe, aby można było nimi bezpośrednio manipulować. Ważne jest, aby chronić zewnętrzną powierzchnię urządzenia kapilarnego przed kurzem i wodą (wilgocią), w celu utrzymania wysokiego dobroci czynnika optycznego (Q). Zanurzając jeden koniec kapilary w wodzie i przedmuchując ją powietrzem za pomocą strzykawki, można sprawdzić, czy kapilara jest drożna, czy też została zamknięta podczas procesu ...

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

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

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 zo

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Produkcja i testowanie mikrofluidycznych oscylatorów optomechanicznych

Opisujemy zastosowanie techniki przetapiania laserem dwutlenku węgla do wytwarzania krzemionkowych wnęk rezonansowych, w tym wolnostojących mikrosfer oraz mikrotoroidów na chipie. Metoda przetapiania usuwa niedoskonałości powierzchni, co pozwala na uzyskanie długiego czasu życia fotonów w obu typach urządzeń. Powstałe urządzenia charakteryzują się ultrawysokimi dobrociami, co umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie, od telekomunikacji po biodetekcję.

Wytwarzanie krzemionkowych mikrorozwiązujących o ultrawysokim czynniku dobroci

W tym filmie najpierw opisujemy procedury produkcji i obsługi akustycznego urządzenia przeciwprądowego powierzchniowej fali akustycznej (SAW). Następnie demonstrujemy eksperymentalną konfigurację, która pozwala zarówno na jakościową wizualizację przepływu, jak i analizę ilościową złożonych przepływów w urządzeniu pompującym SAW.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

Urządzenia akustofluidyczne wykorzystują fale ultradźwiękowe w kanałach mikroprzepływowych do manipulowania, koncentracji i izolowania zawieszonych mikro i nanoskopowych jednostek. Protokół ten opisuje produkcję i działanie takiego urządzenia obsługującego masowe akustyczne fale stojące w celu skupienia cząstek w centralnym strumieniu bez pomocy płynów osłonowych.

Wytwarzanie i eksploatacja urządzeń akustyczno-przepływowych wspomagających masowe akustyczne fale stojące do bezosłonowego ogniskowania cząstek

Opisujemy proces produkcji i testowania termometrów fotonicznych.

Produkcja i testowanie termometrów fotonicznych

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

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Ten protokół opisuje wytwarzanie urządzeń mikroprzepływowych z MY133-V2000 w celu wyeliminowania artefaktów, które często powstają w mikrokanałach z powodu niezgodności współczynników załamania światła między strukturami mikrokanalików a roztworem wodnym. Protokół ten wykorzystuje akrylowy uchwyt do ściskania zamkniętego urządzenia, poprawiając przyczepność zarówno chemicznie, jak i mechanicznie.

Produkcja urządzeń o dopasowanym współczynniku załamania światła dla mikrofluidyki biomedycznej

Tutaj prezentujemy protokół do projektowania i produkcji niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych przy minimalnym nakładzie finansowym i czasowym. Celem jest ułatwienie przyjęcia technologii mikroprzepływowych w biomedycznych laboratoriach badawczych i placówkach edukacyjnych.

Szybka produkcja niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych do zastosowań badawczych i edukacyjnych

Protokół hodowli i manipulacji tkanką embrionalną myszy na chipie mikroprzepływowym jest dostarczony. Stosując impulsy modulatorów szlaku, system ten może być wykorzystany do zewnętrznego sterowania oscylacjami sygnałowymi w celu funkcjonalnego badania somitogenezy myszy.

Podejście mikrofluidyczne do funkcjonalnego badania oscylacji sygnalizacyjnych rządzących somitogenezą

Protokół demonstruje wygodną metodę wytwarzania harmonicznego przepływu oscylacyjnego od 10 do 1000 Hz w mikrokanałach. Odbywa się to poprzez połączenie sterowanej komputerowo membrany głośnika z mikrokanałem w sposób modułowy.

Montaż i charakterystyka zewnętrznego sterownika do generowania subkilohercowego przepływu oscylacyjnego w mikrokanałach

Protokół ten przedstawia metodę wytwarzania dwuwarstwowego chipa mikroprzepływowego i analizy wzrostu drobnoustrojów pod wpływem gwałtownych oscylacji tlenu. Wydajność urządzenia została potwierdzona za pomocą wykrywania tlenu w kanałach płynów i hodowli mikroorganizmów.

Tworzenie szybkich oscylacji tlenu w analizie wzrostu pojedynczych komórek drobnoustrojów przy użyciu dwuwarstwowego urządzenia mikroprzepływowego

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 produkcji mikroprzepływowych rezonatorów optomechanicznych z wykorzystaniem lasera CO2 i szkła kwarcowego. Technika ta umożliwia badanie oscylacji optomechanicznych w cieczach.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Przeglądaj więcej filmów