Name: Wytwarzanie taniego, sprzężonego z włóknami i rozmieszczonego powietrznie etalonu Fabry-Pérot (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 22 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania taniego etalonu Fabry-Pérot sprzężonego z włóknami optycznymi do zastosowań w spektroskopii gazów śladowych. Protokół umożliwia szybkie prototypowanie czujników fotonicznych bez specjalistycznego sprzętu.

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

Prezentowana tutaj praca została przeprowadzona w ramach finansowanego przez FFG projektu "Green Sensing" oraz programu NATO SPS "Photonic Nano Particle Sensors for Detection CBRN events". Prace były również wspierane przez Fundusz Wydawniczy Otwartego Dostępu Uniwersytetu Technicznego w Grazu.

Fabrication of a Fabry-P&#233;rot Etalon for Application in Trace-Gas Spectroscopy

<ol><li>Vaughan, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVaughan%2C+M+%22The+Fary-P%C3%A9rot+Interferometer.+History%2C+Theory%2C+Practice%2C+and+Applications%22">The Fary-Pérot Interferometer. History, Theory, Practice, and Applications</a>. , CRC Press. Boca. Raton, FL. (1989).</li>
<li>Liu, M., Chao, X., Ye, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmitting+intensity+distribution+after+a+Gaussian+beam+incidenting+nonnormally+on+a+wedged+Fabry-P%C3%A9rot+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Optik%22%5BJournal%5D)">Transmitting intensity distribution after a Gaussian beam incidenting nonnormally on a wedged Fabry-Pérot cavity.</a> Optik. 119 (14), 661-665 (2008).</li>
<li>Ismail, N., Kores, C. C., Geskus, D., Pollnau, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabry-P%C3%A9rot+resonator%3A+Spectral+line+shapes%2C+generic+and+related+Airy+distributions%2C+linewidths%2C+finesses%2C+and+performance+at+low+or+frequency-dependent+reflectivity%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Fabry-Pérot resonator: Spectral line shapes, generic and related Airy distributions, linewidths, finesses, and performance at low or frequency-dependent reflectivity.</a> Optics Express. 24 (15), 16366-16389 (2016).</li>
<li>Eklund, E. J., Shkel, A. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+the+performance+of+micromachined+sensors+based+on+Fabry-Perot+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Factors affecting the performance of micromachined sensors based on Fabry-Perot interferometry.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 15 (9), 1770-1776 (2005).</li>
<li>Rees, D., Fuller-Rowell, T. J., Lyons, A., Killeen, T. L., Hays, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+and+rugged+etalon+for+the+Dynamics+Explorer+Fabry-P%C3%A9rot+interferometer.+1%3A+Design+and+construction%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Stable and rugged etalon for the Dynamics Explorer Fabry-Pérot interferometer. 1: Design and construction.</a> Applied Optics. 21 (21), 3896-3902 (1982).</li>
<li>Killeen, T. L., Hays, P. B., Kennedy, B. C., Rees, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+and+rugged+etalon+for+the+Dynamics+Explorer+Fabry-P%C3%A9rot+interferometer.+2%3A+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Stable and rugged etalon for the Dynamics Explorer Fabry-Pérot interferometer. 2: Performance.</a> Applied Optics. 21 (21), 3903-3912 (1982).</li>
<li>Marques, D. M., Guggenheim, J. A., Munro, P. R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysing+the+impact+of+non-parallelism+in+Fabry-P%C3%A9rot+etalons+through+optical+modelling%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Analysing the impact of non-parallelism in Fabry-Pérot etalons through optical modelling.</a> Optics Express. 29 (14), 21603-21614 (2021).</li>
<li>Marques, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+Fabry-P%C3%A9rot+etalons+illuminated+by+focussed+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Modelling Fabry-Pérot etalons illuminated by focussed beams.</a> Optics Express. 28 (5), 7691-7706 (2020).</li>
<li>Islam, M. R., Ali, M. M., Lai, M. -H., Lim, K. -S., Ahmad, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronology+of+Fabry-Perot+interferometer+fiber-optic+sensors+and+their+applications%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22MDPI+Sensors%22%5BJournal%5D)">Chronology of Fabry-Perot interferometer fiber-optic sensors and their applications: A review.</a> MDPI Sensors. 14 (4), 7451-7488 (2014).</li>
<li>Preisser, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+highly+sensitive+akinetic+sensor+for+ultrasound+detection+and+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">All-optical highly sensitive akinetic sensor for ultrasound detection and photoacoustic imaging.</a> Biomedical Optics Express. 7 (10), 4171-4186 (2016).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-fiber-optic+acoustic+sensor+based+on+high-Q+resonance+effect+using+Fabry-P%C3%A9rot+etalon%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Micro-fiber-optic acoustic sensor based on high-Q resonance effect using Fabry-Pérot etalon.</a> Optics Express. 29 (11), 16447-16454 (2021).</li>
<li>Bialkowski, S. E., Astrath, N. G. C., Proskurnin, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBialkowski%2C+SE+%22Photothermal+Spectroscopy+Methods%22">Photothermal Spectroscopy Methods</a>. , Wiley. Hoboken, NJ. (2019).</li>
<li>Campillo, A. J., Petuchowski, S. J., Davis, C. C., Lin, H. -B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabry-P%C3%A9rot+photothermal+trace+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Fabry-Pérot photothermal trace detection.</a> Applied Physics Letters. 41 (4), 327-329 (1982).</li>
<li>Breitegger, P., Lang, B., Bergmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intensity+modulated+photothermal+measurements+of+NO2+with+a+compact+fiber-coupled+Fabry-P%C3%A9rot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22MDPI.Sensors%22%5BJournal%5D)">Intensity modulated photothermal measurements of NO2 with a compact fiber-coupled Fabry-Pérot interferometer.</a> MDPI.Sensors. 19 (15), 1424(2019).</li>
<li>Waclawek, J. P., Kristament, C., Moser, H., Lendl, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Balanced-detection+interferometric+cavity-assisted+photothermal+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Balanced-detection interferometric cavity-assisted photothermal spectroscopy.</a> Optics Express. 27 (9), 12183-12195 (2019).</li>
<li>Pevec, S., Donlagic, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniature+all-fiber+Fabry-P%C3%A9rot+sensor+for+simultaneous+measurement+of+pressure+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Miniature all-fiber Fabry-Pérot sensor for simultaneous measurement of pressure and temperature.</a> Applied Optics. 51 (19), 4536-4541 (2012).</li>
<li>Dudzik, G., Krzempek, K., Abramski, K., Wysocki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-state+laser+intra-cavity+photothermal+gas+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Solid-state laser intra-cavity photothermal gas sensor.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 328, 129072(2021).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-fiber-optic+acoustic+sensor+based+on+high-Q+resonance+effect+using+Fabry-P%C3%A9rot+etalon%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Micro-fiber-optic acoustic sensor based on high-Q resonance effect using Fabry-Pérot etalon.</a> Optics Express. 29 (11), 16447-16454 (2021).</li>
<li>Hälg, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+silicon+pressure+sensor+with+a+low-cost+contactless+interferometric+optical+readout%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">A silicon pressure sensor with a low-cost contactless interferometric optical readout.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 30 (3), 225-230 (1992).</li>
<li>Fischer, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+microphone+hears+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Optical microphone hears ultrasound.</a> Nature Photonics. 10 (6), 356-358 (2016).</li>
<li>Waclawek, J. P., Bauer, V. C., Moser, H., Lendl, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2f-wavelength+modulation+Fabry-P%C3%A9rot+photothermal+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">2f-wavelength modulation Fabry-Pérot photothermal interferometry.</a> Optics Express. 24 (25), 28958-28967 (2016).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+performance+study+of+fiber-optic+acoustic+sensors+based+on+Fabry-P%C3%A9rot+etalons+with+different+Q+factors%5BTitle%5D)+AND+%22MDPI+Micromachines%22%5BJournal%5D)">Acoustic performance study of fiber-optic acoustic sensors based on Fabry-Pérot etalons with different Q factors.</a> MDPI Micromachines. 13 (1), 118(2022).</li>
<li>Meyendorf, N., Ida, N., Singh, R., Vran, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMeyendorf%2C+N+%22Handbook+of+Nondestructive+Evaluation+4.0%22">Handbook of Nondestructive Evaluation 4.0</a>. , Springer. Cham, Switzerland. (2022).</li>
<li>Kim, Y. J., Celliers, P. M., Eggert, J. H., Lazicki, A., Millot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferometric+measurements+of+refractive+index+and+dispersion+at+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Interferometric measurements of refractive index and dispersion at high pressure.</a> Scientific Reports. 11, 5610(2021).</li>
<li>Stollberger, W. F. Single particle photothermal interferometry. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Technical+University+Graz%22">Technical University Graz</a>. , Master's thesis (2022).</li>
<li>Radeschnig, U., Bergmann, A., Lang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow-enhanced+photothermal+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22MDPI+Sensors%22%5BJournal%5D)">Flow-enhanced photothermal spectroscopy.</a> MDPI Sensors. 22 (19), 7148(2022).</li>
</ol>

Nie ma konfliktu interesów.

Ponieważ FPE wytworzony zgodnie z podanym tutaj protokołem jest zoptymalizowany pod kątem konkretnego zastosowania, możliwe adaptacje i krytyczne kroki zostały wyjaśnione w tym rozdziale. Przede wszystkim FPE i cela pomiarowa przeznaczone są do pomiarów PTI. Dlatego do ogniwa dodawany jest wlot i wylot gazu, a także kanał dla lasera wzbudzającego, który jest prostopadły do lasera sondy. Wszystkie otwory w komórce są szczelnie zamknięte za pomocą O-ringów i/lub zakryte oknami UVFS, aby umożliwić propagację lasera. Jeśli jest używana w inny sposób, ogniwo, jak podano w dodatkowym pliku kodowania 1, może zostać przeprojektowane i dostosowane do konkretnego zastosowania. Gwintowanie w kroku 1.4 odbywa się po wydrukowaniu. Gwinty mogą być również drukowane w 3D, ale ponieważ mają one tendencję do szybkiego zużywania się, drukowane są tylko otwory o odpowiedniej średnicy otworu rdzenia, które są następnie gwintowane.
Wybór materiału na przekładki w kroku 2.1 ma kluczowe znaczenie. Równoległość przekładek określa równoległość zwierciadeł etalonowych, a tym samym wpływa na finezję7. W pracy zastosowano precyzyjne okno UVFS o średnicy 1/2 cala, zgodnie z tabelą materiałów, o równoległości ≤5 sekundy kątowej i płaskości powierzchni λ/10 nad przezroczystą aperturą. Współczynnik rozszerzalności cieplnej UVFS wynosi 0,55 x 10−6/°C. Stabilność temperaturową można dodatkowo zwiększyć, stosując np. przekładki Zerodur5 , o współczynniku rozszerzalności cieplnej niższym niż 0,1 x 10−6/°C; Ma to jednak tę wadę, że są to wyższe koszty.
FPE składa się z jednego w pełni odbijającego zwierciadła, a także rozdzielacza wiązki. Beamsplitter ma jedną powierzchnię odbijającą w 70%, a także tylną stronę pokrytą powłoką antyrefleksyjną. Umożliwia to sprzężenie światła z etalonem i z niego. Dodatkowo podłoże rozdzielacza wiązki ma jedną zaklinowaną stronę, aby zapobiec niepożądanym efektom etalonu. Tylna strona lustra jest szorstka z tych samych powodów.
W kroku 5.1 opisano optoelektroniczną konfigurację do śledzenia procesu osiowania. Wszystkie użyte włókna to standardowe włókna SMF-28 ze złączami FC/APC. Ze względu na przeznaczenie do zastosowania PTI, w tym badaniu łatwo dostępny był zrównoważony fotodetektor, ale generalnie nie jest to konieczne. Zamiast tego można użyć konwencjonalnego fotodetektora; W takim przypadku stosowanie łącznika 1 x 2 jest przestarzałe. Zmiany te nie mają wpływu na inne komponenty konfiguracji, jak pokazano na rysunku 5. Trójkątna modulacja prądu lasera sondy, opisana w kroku 5.4, odpowiada przemiataniu długości fali. Należy wybrać zakres prądu wystarczający do przekroczenia co najmniej jednego piku współczynnika odbicia FPE. Dlatego jeden FSR może służyć jako praktyczna zasada. Obliczenia FSR idealnego FPE można znaleźć w sekcji wprowadzającej. Wraz z aktualnym współczynnikiem strojenia (nm/mA) lasera, podanym w odpowiedniej instrukcji, można obliczyć zakres prądu obejmujący jeden FSR. Na przykład laser użyty w tej pracy miał współczynnik strojenia prądu 0,003 nm/mA i był emitowany na długości fali 1 550 nm. Oczekiwany FSR idealnego FPE z rozstawem zwierciadeł 3 mm, d, wynosi około 0,4 nm. Daje to zakres strojenia prądu 133 mA.
W tej pracy częstotliwość modulacji została ustawiona na 100 Hz w celu wygodnego wyświetlania na oscyloskopie. Ponieważ pożądany zakres strojenia prądu jest dość duży, można użyć tłumika ze stałym włóknem, aby pozostać w granicach mocy zastosowanego detektora. Tłumik może być zamontowany bezpośrednio za izolatorem.
Klej utwardzany promieniami UV zastosowany w kroku 6 i 7 jest przezroczysty dla światła laserowego i ma współczynnik załamania światła 1,56. Proces wyrównywania, opisany w kroku 7.1, zależy od dostępnego fotodetektora. Zbalansowany detektor zastosowany w tej konfiguracji generuje wyjście "sygnału" o ujemnym napięciu. Ze względu na ogólność zakłada się, że wyjście napięcia dodatniego jest dodatnie w opisie kroku 7.10 i na rysunku 6. W przypadku dobrze wyrównanego etalonu, szczyt odbicia będzie zbliżał się do zera, podczas gdy funkcja trójkątna zwiększy stosunek piku do szczytu.
Do charakterystyki etalonu, w kroku 8.1, stosuje się oprogramowanie do obliczeń numerycznych (patrz tabela materiałów). Zmierzone napięcie dla każdego kroku temperatury jest uśredniane i wykreślane, jak pokazano na rysunku 7. Aby przeliczyć kroki temperatury na kroki długości fali, stosuje się współczynnik strojenia temperatury lasera sondy. Biblioteki analizy sygnałów mają zintegrowane algorytmy znajdowania szczytów, które można wykorzystać do tego celu. Ponieważ analiza danych w dużym stopniu zależy od formatu danych, nie jest tutaj dostępny żaden kod, ale może on zostać udostępniony przez autora korespondencyjnego na żądanie.
Możliwym ograniczeniem przedstawionej tu techniki wytwarzania jest stabilność termiczna i mechaniczna w zmieniającym się środowisku. Ponieważ zakres tego dokumentu instruktażowego obejmuje tanie prototypowanie FPE do zastosowań laboratoryjnych, nie podano tutaj żadnych testów dotyczących stabilności mechanicznej i temperaturowej. Jeśli FPE jest używany do zastosowań mobilnych lub w zmieniającym się środowisku, należy podjąć dodatkowe środki w celu mechanicznej stabilizacji systemu soczewek fiber-GRIN względem etalonu.
Nowa metoda wytwarzania i charakteryzowania FPE została zademonstrowana tutaj za pomocą standardowych komponentów optycznych dostępnych w każdym laboratorium fotonicznym. Prezentowany FPE charakteryzuje się finezją około 15 i czułością wystarczającą do wykrycia około 5 ppmV pary wodnej. Oprócz przedstawionego zastosowania dla PTI, ten FPE może być stosowany w takich zastosowaniach jak budowa mikrofonów optycznych20, które są powszechnie stosowane w dziedzinie badań nieniszczących23, pomiary indeksu refrakcji24,25 czy higrometry26, żeby wymienić tylko kilka.

W swojej najprostszej formie FPE składa się z dwóch równoległych płaszczyzn częściowo odbijających powierzchni luster1. W poniższych wyjaśnieniach, odwołując się do luster, podłoże optyczne i powłoka odblaskowa są traktowane jako jedna całość. W większości zastosowań stosowane lustra posiadają jedną powierzchnię klinową2, aby zapobiec niepożądanym efektom etalonowym. Rycina 1 przedstawia powstawanie wzoru interferencyjnego etalonu z przerwą powietrzną (Rycina 1A), a także funkcję odbiciowości dla różnych współczynników odbicia luster (Rycina 1B).
Światło wpada do wnęki przez jedno z luster, ulega wielokrotnym odbiciom, a następnie opuszcza wnękę poprzez odbicie oraz transmisję. Ponieważ niniejszy artykuł skupia się na wykonaniu FPE pracującego w trybie odbiciowym, dalsze wyjaśnienia odnoszą się konkretnie do odbicia. Fale opuszczające wnękę interferują w zależności od różnicy faz q = 4πnd/λ. Gdzie n to współczynnik załamania światła wewnątrz wnęki, d to odstęp między lustrami, a λ to długość fali źródła światła interferometru, nazywanego tutaj laserem sondującym. Minimum odbiciowości występuje, gdy różnica dróg optycznych odpowiada całkowitej wielokrotności długości fali, <img alt="Równanie 2" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq02.jpg" style="margin: auto;" />. Finesse idealnego etalonu płasko-równoległego jest określona wyłącznie przez współczynniki odbicia luster R1 i R23:
<img alt="Równanie 3" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq03.jpg" style="margin: auto;" />
Jednak rzeczywisty etalon podlega wielu stratom, które obniżają teoretycznie osiągalną dobroć (finesse)4,5,6. Do czynników prowadzących do zmniejszenia dobroci należą między innymi: odchylenie od paralelizmu luster7, nieprostopadłe padanie wiązki lasera, kształt wiązki8, zanieczyszczenia powierzchni luster oraz rozpraszanie. Charakterystyczny wzór interferencyjny można opisać za pomocą funkcji Airy'ego1:
<img alt="Równanie 4" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq04.jpg" style="margin: auto;" />
Pełną szerokość połówkową (FWHM), a także wolny zakres widmowy (FSR) funkcji odbicia, można obliczyć w następujący sposób:
<img alt="Równanie 5" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq05.jpg" style="margin: auto;" />
<img alt="Równanie 6" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq06.jpg" style="margin: auto;" />
<img alt="Rycina 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig01.jpg" /> 
Rycina 1: Teoria interferometru Fabry-Pérota. (A) Schematyczne przedstawienie interferencji wielowiązkowej dla etalonu z przerwą powietrzną i klinowymi oknami. Fala płaska, E0, wpada do wnęki pod określonym kątem φ przez powierzchnię z powłoką antyrefleksyjną (AR), a następnie ulega wielokrotnym odbiciom między wysoko odbijającymi (high R) powierzchniami oddalonymi od siebie o dystans d. Przy każdym odbiciu część światła jest wyprowadzana z etalonu w transmisji lub odbiciu, gdzie interferuje z innymi falami. (B) Funkcja odbiciowości idealnego etalonu Fabry-Pérota dla różnych wartości odbiciowości luster (oś y). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
FPE można wykorzystać w szerokim zakresie zastosowań9,10,11W przedstawionym tutaj przypadku FPE jest wykorzystywany w układzie interferometrii fototermalnej (PTI). W PTI niewielkie zmiany gęstości, a w konsekwencji współczynnika załamania światła, są indukowane przez okresowe wzbudzanie, po którym następuje szybka termalizacja gazu docelowego poprzez drugi laser, są mierzone interferometrycznie12Ilość ciepła, a tym samym wielkość zmiany współczynnika załamania światła, są proporcjonalne do stężenia gazu. Podczas pomiaru natężenia funkcji odbicia FPE w jej punkcie o największym nachyleniu (punkcie pracy), zmiany tego współczynnika przesuwają funkcję odbicia, zmieniając tym samym zmierzone natężenie. Ponieważ można przyjąć, że funkcja odbicia jest liniowa w obszarze wokół punktu pracy, zmierzony sygnał jest wówczas proporcjonalny do stężenia gazu. Czułość sensora jest określana przez nachylenie funkcji odbicia i jest zatem proporcjonalna do finesse. Metoda PTI w połączeniu z FPE okazała się czułą i selektywną metodą detekcji śladowych ilości gazów i aerozoli.13,14,15,16,17,18W przeszłości wiele czujników do pomiarów ciśnienia i akustyki opierało się na zastosowaniu ruchomych elementów, takich jak membrany, które zastępowały drugie lustro FPE.19Odkształcenia membrany prowadzą do zmiany odległości między lustrami, a tym samym do zmiany długości drogi optycznej. Instrumenty te mają tę wadę, że są podatne na wibracje mechaniczne. W ostatnich latach rozwój mikrofonów optycznych wykorzystujących stałe elementy piezoelektryczne (FPE) osiągnął poziom komercyjny.20Dzięki rezygnacji z zastosowania ruchomych części, wielkość pomiarowa uległa zmianie z odległości na współczynnik załamania światła wewnątrz wnęki Fabry-Pérota, co znacząco zwiększyło wytrzymałość czujników.
Dostępne komercyjnie FPE z przerwą powietrzną kosztują więcej, niż jest to dopuszczalne w przypadku prototypowania i testowania, a także integracji z instrumentami w produkcji wielkoseryjnej. Większość publikacji naukowych dotyczących konstrukcji i zastosowania takich FPE omawia kwestię ich wykonania jedynie w niewielkim stopniu21,22. W większości przypadków niezbędny jest specjalistyczny sprzęt i urządzenia (np. pomieszczenia typu clean room, instalacje do powlekania itp.); na przykład w przypadku FPE w pełni zintegrowanych z włóknem niezbędny jest specjalistyczny sprzęt do mikrobicia. Aby obniżyć koszty produkcji i umożliwić testowanie wielu różnych konfiguracji FPE w celu zwiększenia ich przydatności w układach PTI, opracowano nową metodę wykonania, która została szczegółowo opisana w poniższym protokole. Dzięki zastosowaniu wyłącznie dostępnych komercyjnie, standardowych komponentów optyki objętościowej i światłowodowej telekomunikacyjnej, koszty produkcji udało się zredukować do kwoty poniżej 400 €. Każda jednostka pracująca ze standardowym sprzętem fotonicznym powinna być w stanie powtórzyć nasz schemat wykonania i dostosować go do swoich zastosowań.

<table><tbody><tr><td>Automatycznie zbalansowany fotoodbiornik Nirvana</td><td>New Focus, Inc.</td><td>2017</td><td>Zrównoważony fotodetektor</td></tr><tr><td>Stacjonarny kontroler diody laserowej / TEC, 1A/96 W</td><td>Thorlabs</td><td>ITC4001</td><td></td></tr><tr><td>Mocowanie diody laserowej Butterfly</td><td>Thorlabs</td><td>LM14S2</td><td></td></tr><tr><td>Widelec mocujący</td><td>Thorlabs</td><td>CF175</td><td></td></tr><tr><td>compactRIO</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Do akwizycji danych</td></tr><tr><td>Odpylacz</td><td>RS Components</td><td>168-1644</td><td></td></tr><tr><td>FC / APC do FC / APC Pojedyncza tuleja współpracująca z wspornikiem L</td><td>Thorlabs</td><td>ADAFCB3</td><td>Wiele potrzebnych</td></tr><tr><td>Płyn do czyszczenia włókien</td><td>Thorlabs</td><td>RCS3</td><td></td></tr><tr><td>Cyrkulator światłowodowy SM</td><td>Technologie AFW</td><td>CIR-3-15-L-1-2</td><td></td></tr><tr><td>Łącznik światłowodowy SM 1 x 2, 90/10</td><td>Technologie AFW</td><td>FOBC-1-15-10-L-1-S-2</td><td>Tylko w przypadku użycia</td></tr> <tr><td>zrównoważonego fotodetektoraIzolator światłowodowy SM</td><td>Technologie AFW</td><td>ISOD-15-L-1-2</td><td></td></tr><tr><td>Szpule do przechowywania światłowodów</td><td>Thorlabs</td><td>FSR1</td><td>Wiele potrzebnych</td></tr><tr><td>Stały tłumik światłowodowy</td><td>Thorlabs</td><td>FA15T-APC</td><td>Zastosowano różne poziomy tłumienia</td></tr><tr><td>Tuleja GRIN / Ferrule, 1.818 mm Średnica wewnętrzna, 10 mm Długość, szkło borokrzemianowe</td><td>Thorlabs</td><td>51-2800-1800</td><td>System soczewek Fiber-GRIN</td></tr><tr><td>Soczewka GRIN i Oslash; 1,8 mm, 0,23 skoku, 8&deg;, 1560 nm Projektowa długość fali, AR Pokryty: 1250 - 1650 nm</td><td>Thorlabs</td><td>GRIN2315A</td><td>System soczewek Fiber-GRIN</td></tr><tr><td>Ręczna lampa UV-LED</td><td>RS Components</td><td>220-6819</td><td>Lampa do utwardzania kleju&nbsp;</td></tr><tr><td>Stopień i podstawa o wysokiej precyzji</td><td>Newport</td><td>9062-X-M</td><td>Trzy nedded</td></tr><tr><td>Łącznik węża</td><td>RS Components</td><td></td> Duży goniometr <td>z gwintem M5</td></tr><tr><td>, odległość 44,5 mm do punktu obrotu &plusmn; 5&deg;, metryczne</td><td>Thorlabs</td><td>GNL18 / M</td><td>Dwa potrzebne</td></tr><tr><td>L-Bracket Tuleja łącząca</td><td>Thorlabs</td><td>ADAFCB3</td><td></td></tr><tr><td>Magnetyczne zaciski do</td><td>przycisków Thorlabs</td><td>BM075</td><td>Wiele potrzebnych</td></tr><tr><td>mikrometrycznych</td><td>Newport</td><td>9355</td><td>Trzy nedded</td></tr><tr><td>MIL-A-3920 Klej optyczny o sprężystości, 1 uncja</td><td>Thorlabs</td><td>NOA61</td><td>Klej utwardzany promieniami UV</td></tr><tr><td>Podstawa montażowa, 50 mm x 75 mm x 10 mm</td> O-ringi <td>Thorlabs</td><td>BA2/M</td><td></td></tr><tr><td>Haberkorn</td><td></td><td>Rozmiary podane w tekście</td><td></td></tr><tr><td>Pasywna taca z włókna</td><td>Thorlabs</td><td>BFCT</td><td>Wiele potrzebnych</td></tr><tr><td>adapterów podstawy cokołu</td><td>Thorlabs</td><td>BE1</td><td></td></tr><tr><td>Okucie z warkoczem i Oslash; 1,8 mm, 8&deg;, FC/APC, AR Pokryty: 1310/1550 nm</td> System soczewek <td>Thorlabs</td><td>SMPF0115-APC</td><td>Fiber-GRIN</td></tr><tr><td>Uchwyt na słupek</td><td>Thorlabs</td><td>PH30/M</td><td></td></tr><tr><td>do montażu na słupku i Oslash; Zacisk tulejki 2,5 mm, kran M4</td><td>Thorlabs</td><td>FCM/M</td><td></td></tr><tr><td>Python</td><td>Python</td><td>3.9</td><td>Oprogramowanie do analizy danych numerycznych</td></tr><tr><td>Wspornik kątowy</td><td>Newport</td><td>9062-A-M</td><td></td></tr><tr><td>Samocentrujące mocowanie obiektywu</td><td>Thorlabs</td><td>SCL03</td><td></td></tr><tr><td>Silberschnitt 3001</td><td>Bohle&nbsp;</td><td>3001</td><td>Zestaw frezów do szkła</td></tr><tr><td>SM1-gwintowana standardowa płyta klatkowa</td><td>Thorlabs</td><td>CP33/M</td><td></td></tr><tr><td>Urządzenie do utwardzania UV</td><td>Formlabs</td><td>Form Cure</td><td></td></tr><tr><td>1550 nm 20 mW motyl DFB dioda laserowa</td><td>AeroDiode</td><td>1550LD-5-0-0-2</td><td></td></tr><tr><td>Drukarka 3D</td><td>Formlabs</td><td>3+</td><td></td></tr><tr><td>&Oslash; Okno 1/2" UVFS Broadband Precision, niepowlekane, t = 3 mm</td><td>Thorlabs</td><td>WG40530</td><td>Dystanse</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" Szerokopasmowe lustro dielektryczne, 1280 - 1600 nm</td><td>Thorlabs</td><td>BB05-E04</td><td>Lustro</td></tr> i <tr><td>Oslash; 1/2" 70:30 (R:T) UVFS Beamsplitter, powłoka: 1,2 - 1,6 &mikro; m, t = 3 mm</td><td>Rozdzielacz wiązki</td> <td>Thorlabs</td><td>BST06</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie taniego, sprzężonego z włóknami i rozmieszczonego powietrznie etalonu fabry-pérot

Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Etalony Fabry'ego-Pérota (FPE) znalazły zastosowanie w wielu aplikacjach. W dziedzinach takich jak spektroskopia, telekomunikacja i astronomia FPE są stosowane ze względu na ich wysoką czułość, a także wyjątkową zdolność filtrowania. Jednak etalony z odstępami powietrznymi o wysokiej finezji są zwykle budowane przez wyspecjalizowane obiekty. Ich produkcja wymaga pomieszczenia czystego, specjalnej obróbki szkła i maszyn do powlekania, co oznacza, że dostępne na rynku FPE są sprzedawane po wysokiej cenie. W artykule przedstawiono nową i opłacalną metodę wytwarzania FPE sprzężonych ze światłowodami za pomocą standardowego fotonicznego sprzętu laboratoryjnego. Protokół powinien służyć jako przewodnik krok po kroku przy budowie i charakterystyce tych FPE. Mamy nadzieję, że umożliwi to naukowcom szybkie i efektywne kosztowo prototypowanie FPE dla różnych obszarów zastosowań. FPE, jak przedstawiono tutaj, jest używany do zastosowań spektroskopowych. Jak pokazano w sekcji dotyczącej reprezentatywnych wyników za pomocą pomiarów potwierdzających zasadę pary wodnej w otaczającym powietrzu, ten FPE ma finezję 15, która jest wystarczająca do fototermicznego wykrywania śladowych stężeń gazów.

Jak widać na Rysunku 7, udało się wytworzyć FPE o dobrze zdefiniowanej funkcji odbicia.
<img alt="Rysunek 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig07.jpg" /> 
Rysunek 7: Zmierzona funkcja odbicia gotowego elementu FPE. W celu pomiaru funkcji odbicia FPE przeprowadzono pomiar w funkcji temperatury, odpowiadający zmianie długości fali lasera. Służy to do oceny parametrów takich jak pełna szerokość połówkowa (FWHM) oraz wolny zakres spektralny (FSR) wykonanego urządzenia. Względna odbitność odnosi się do względnej proporcji światła odbitego z powrotem do włókna po przejściu przez FPE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Zmierzone parametry FPE są wymienione w Tabeli 1 i porównane z obliczonymi wartościami idealnego etalonu o tych samych specyfikacjach. Wzory dla idealnego FPE znajdują się w sekcji wprowadzenia.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Zmierzono</td>
			<td>Idealny FPE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precyzja</td>
			<td>12.8</td>
			<td>17.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FWHM (pełna szerokość połówkowa maksymalnej wartości)</td>
			<td>0,0268 nm</td>
			<td>0,0234 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FSR</td>
			<td>0,3441 nm</td>
			<td>0,4004 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czułość</td>
			<td>14 1/nm</td>
			<td>21 1/nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Porównanie zmierzonych i obliczonych parametrów wykonanego etalonu FPE.
W celu walidacji przydatności do określonego zastosowania, FPE jest wykorzystywane do pomiarów PTI pary wodnej w powietrzu otaczającym. W związku z tym laser wzbudzający o długości fali 1364 nm jest wprowadzany do celi prostopadle do lasera badawczego. Oba lasery przecinają się wewnątrz FPE. Laser wzbudzający jest modulowany sinusoidalnie z częstotliwością 125 Hz. Poprzez stabilizację lasera badawczego na najstrmszym zboczu FPE, poprzez przy stałym prądzie osiągana jest najwyższa czułość czujnika. W przypadku pomiarów pary wodnej ogniwo pracuje z otwartymi oknami i jest wystawione na powietrze otoczenia o stężeniu 13 762 ppmV, zmierzonym za pomocą urządzenia referencyjnego (temperatura = 21.4 &#176;C, ciśnienie = 979,9 hPa, wilgotność względna = 52,2%). Sygnał jest ekstrahowany za pomocą szybkiej transformaty Fouriera (FFT) i porównywany z sygnałem tła przy wyłączonym laserze wzbudzającym, jak pokazano w Rycina 8Można uzyskać stosunek sygnału do szumu przekraczający 7 000, co odpowiada granicy wykrywalności wynoszącej około 5 ppmV (3&#963;).
<img alt="Rysunek 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig08.jpg" /> 
Rysunek 8: Pomiary PTI pary wodnej w powietrzu otaczającym. Kolorem czarnym przedstawiono sygnał FFT pomiaru z wzbudzeniem laserowym o częstotliwości 125 Hz. Kolorem niebieskim ukazano sygnał tła bez wzbudzenia. Wstawka przedstawia w powiększeniu zmierzony pik przy 125 Hz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig08large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Uzupełniający plik kodu 1: Measurement_cell.SLDPRT. Plik CAD celi pomiarowej. Celę można dostosować do wymagań konkretnej aplikacji, a następnie wydrukować w technologii 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/measurement_cell.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik pomocniczy z kodem 2: cap_etalon.SLDPRT. Plik CAD służący do mocowania etalonu wewnątrz celi pomiarowej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/cap_etalon.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik kodowy uzupełniający 3: cap_window.SLDPRT. Plik CAD służący do mocowania okien laserowych do celi pomiarowej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/cap_window.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Ten protokół opisuje budowę taniego, dyskretnego, sprzężonego światłowodami i z przestrzenią powietrzną etalonowego Fabry'ego-Perota z różnymi zastosowaniami, takimi jak spektroskopia gazów śladowych. Produkcja jest możliwa w każdym obiekcie, w którym dostępny jest standardowy optyczny sprzęt laboratoryjny.

Wytwarzanie taniego, sprzężonego z włóknami i rozmieszczonego powietrznie etalonu Fabry-Pérot

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are ...

W ramach pracy doktorskiej w Instytucie Elektrycznych Systemów Pomiarowych i Sensorowych zajmuję się oceną potencjału miniaturyzacyjnego fototermalnych czujników gazów i aerozoli. Wiele wysiłku wkłada się w to, aby czujniki fotoniczne były albo bardziej wytrzymałe i wszechstronne, albo tańsze i zminiaturyzowane, ale połączenie tych celów z niezbędną selektywnością i czułością jest dość trudne. Główną zaletą naszego protokołu jest łatwa dostępność metody.Bez konieczności stosowania pomieszczenia czystego lub specjalnych maszyn, nasz protokół oferuje szansę na ekonomiczne prototypowanie przy użyciu standardowego sprzętu fotonicznego. Mamy nadzieję, że nasz protokół umożliwi naukowcom szybkie i łatwe prototypowanie wielu konfiguracji etalonu w sposób efektywny czasowo i kosztowo. Będziemy kontynuować prace nad miniaturyzacją czujników aerozoli fotonicznych i gazów.Skupimy się na nowych zasadach wykrywania, wykorzystując interakcje między światłem strukturalnym a materią strukturalną. Aby rozpocząć, umieść wydrukowaną w 3D komórkę na stole z wgłębieniem etalonowym skierowanym do góry. Włóż O-ring do wgłębienia etalonowego i lekko wciśnij go w wyznaczony rowek.Umieść rozdzielacz wiązki z powierzchnią odblaskową skierowaną do góry na O-ringu w studzience etalonowej. Za pomocą pęsety ostrożnie umieść dwie przekładki na rozdzielaczu wiązki, aby wygenerować przezroczystą aperturę dla lasera gazowego i wzbudzającego, który dostaje się do wnęki powietrznej przez otwór przelotowy biegnący z jednej strony ogniwa na drugą. Wyrównaj lustro na górze przekładek stroną odbijającą skierowaną w dół, tak aby rozdzielacz wiązki, przekładki i lustro były wyrównane koncentrycznie.Weź wydrukowaną w 3D nasadkę z etalonu i umieść O-ringi w wyznaczonych rowkach. Dopasuj nasadkę do prostokątnego rowka ogniwa, podnieś nasadkę i dociśnij nasadkę, aby zamocować przekładki na miejscu, jednocześnie wkładając cztery M4 przez wyznaczone otwory od tyłu. Zamontuj z czterema nakrętkami M4 z przodu i dokręcaj je, aż nacisk z nasadki będzie wystarczający, aby utrzymać przekładki na miejscu, a O-ringi zostaną wystarczająco ściśnięte.W celu wyrównania światłowodu z etalonem zamontuj tuleję z warkoczem i system soczewek GRIN za pomocą zacisku tulejki i upewnij się, że stolik translacyjny w kierunku Z jest przesunięty na maksymalną wysokość. Wyrównaj wydrukowaną w 3D komórkę pod tym systemem, ustalając jej pozycję na wysokości nieco poniżej soczewki GRIN, wskazując bezpośrednio na środek otworu. Nałóż jedną lub dwie krople kleju na przedni koniec soczewki GRIN za pomocą pipety.Obniż stopień translacji w kierunku Z, aż zapewniony będzie kontakt z pokrytą powłoką antyrefleksyjną powierzchni rozdzielacza wiązki. Kontynuuj opuszczanie soczewki GRIN, aż zostanie zastosowany wystarczający nacisk, a sprężyny będą wystarczająco napięte. Włącz modulowany laser i oscyloskop.Upewnij się, że oscyloskop ma najwyższą możliwą rozdzielczość podczas rozpoczynania procesu wyrównywania, a następnie ustaw rozdzielczość czasową tak, aby widoczne były dwa do trzech okresów modulacji. Aby rozpocząć proces wyrównywania, upewnij się, że soczewka GRIN jest skierowana normalnie na powierzchnię rozdzielacza wiązki. Krok po kroku odchyl nieznacznie pierwszy stopień goniometryczny, a następnie przesuń drugi stopień goniometryczny wokół pozycji zerowej.Jeśli na oscyloskopie nie zaobserwuje się żadnej zmiany, odchyl nieco bardziej pierwszy stopień goniometryczny i powtarzaj ten iteracyjny proces, aż modulacja trójkątna stanie się widoczna na oscyloskopie. Po zaobserwowaniu silnego odbicia wstecznego dostosuj rozdzielczość oscyloskopów i upewnij się, że szczyt funkcji odbicia etalonu znajduje się centralnie na trójkątnych zboczach modulacji. Dostosuj szczyt etalonu, zmieniając temperaturę lasera, aż szczyt zostanie wyśrodkowany na zboczu.Przy niewielkich ruchach stopni goniometrycznych staraj się zmaksymalizować siłę szczytu, jednocześnie maksymalizując stosunek piku do szczytu modulacji trójkątnej. Po zakończeniu wyrównywania zamontuj UV lamp blisko soczewki GRIN zamontowanej pod kątem 45 stopni. Następnie utwardź klej nałożony na przedni koniec soczewki GRIN.Po 5 do 10 minutach wyłącz lampę UV i nałóż więcej kleju wokół soczewki GRIN, nie dotykając jej. Wystaw klej na działanie światła UV przez kolejne 5 do 10 minut. Powtarzaj ten krok, aż otwór komórki zostanie całkowicie wypełniony jednorodną warstwą kleju i wykonuj ostateczne utwardzanie przez co najmniej godzinę.Reprezentatywny obraz pokazuje dobre i gorsze wyrównanie. Im lepsze wyrównanie, tym wyższy stosunek piku do szczytu modulacji trójkątnej i tym bardziej pik odbicia zbliża się do zera. Aby ocenić wytworzony etalon, należy użyć konfiguracji światłowodowej i systemu pomiarowego zdolnego do stopniowego dostrajania temperatury lasera z wystarczającą szybkością rejestrowania danych.Aby uzyskać pomiary do obliczenia teoretycznego zakresu swobodnego widma lub FSR, należy wykonać przemiatanie temperatury odpowiadające co najmniej dwóm FSR, zwiększając temperaturę stopniowo i pozwalając chłodnicy termoelektrycznej ustabilizować się na dwie do trzech sekund przed pomiarem przez kolejne dwie do trzech sekund za każdym razem. Po wykonaniu przemiatania temperatury odpowiadającego długości fali lasera, należy przetworzyć dane pomiarowe za pomocą dowolnego programu do obliczeń numerycznych. Korzystaj z dowolnej biblioteki przetwarzania sygnału ze zintegrowanym wykrywaczem wartości szczytowych.Odległość między dwoma kolejnymi szczytami reprezentuje FSR. Oceń szerokość piku w połowie wysokości, aby obliczyć pełną szerokość w połowie maksimum. Przelicz temperaturę na długość fali, używając współczynnika dostrajania temperatury lasera.Oblicz pełną szerokość przy połowie maksimum i FSR na podstawie pomiarów. Na koniec oblicz finezję sfabrykowanych etalonów Fabry'ego-Perota. Badania te doprowadziły do wytworzenia etalonów Fabry'ego-Perota o dobrze zdefiniowanej funkcji odbicia.Porównanie zmierzonych i obliczonych wskaźników wyprodukowanego etalonu Fabry'ego-Perota wykazało, że zmierzona finezja na całej szerokości przy połowie maksimum była porównywalna z obliczonymi wartościami idealnych etagonów Fabry'ego-Perota. Przedstawiono tutaj pomiary interferometrii fototermicznej pary wodnej i otaczającego powietrza. Sygnał został wyekstrahowany za pomocą szybkiej transformaty Fouriera i porównany z sygnałem tła przy wyłączonym laserze wzbudzającym.

fabrication-low-cost-fiber-coupled-air-spaced-fabry-prot

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Metamateriały w częstotliwościach terahercowych oferują unikalne możliwości, jednak ich wytwarzanie w skali masowej jest trudne. Adaptujemy procedurę wytwarzania mikrostrukturalnych polimerowych światłowodów, aby tanio produkować metamateriały potencjalnie na skalę przemysłową. Wytwarzamy włókna z polimetakrylanu metylu zawierające druty indu o średnicy ~10 μm oddalone od siebie o ~100 μm, które wykazują terahercową odpowiedź plazmonową.

Wytwarzanie metamateriałów przy użyciu metody wyciągania włókien

Rozwijamy i charakteryzujemy nieuporządkowany światłowód polimerowy, który wykorzystuje poprzeczną lokalizację Andersona jako nowatorski mechanizm falowody. To mikrostrukturalne włókno może transportować małą zlokalizowaną wiązkę o promieniu porównywalnym z promieniem wiązki konwencjonalnych światłowodów.

Wytwarzanie i charakterystyka nieuporządkowanych światłowodów polimerowych do poprzecznej lokalizacji światła Andersona

Dwa sąsiadujące ze sobą płyny przechodzące przez rowkowany kanał mikroprzepływowy mogą być skierowane tak, aby tworzyły osłonę wokół rdzenia prepolimerowego; określając w ten sposób zarówno kształt, jak i przekrój. Polimeryzacja inicjowana foto, taka jak chemia tiolowa, doskonale nadaje się do szybkiego zestalania płynu rdzeniowego w mikrofibrę o określonym rozmiarze i kształcie.

Mikroprzepływowa produkcja włókien polimerowych i biohybrydowych o wstępnie zaprojektowanym rozmiarze i kształcie

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

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

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

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Ten protokół opisuje projektowanie i produkcję mostu wodnego oraz jego aktywację jako włókna wodnego. Eksperyment pokazuje, że rezonanse kapilarne włókna wodnego modulują jego transmisję optyczną.

Projekt i wykonanie światłowodu wodnego

Przedstawiono metodę budowy niestandardowego, taniego, zsynchronizowanego w trybie femtosekundowego lasera światłowodowego do potencjalnych zastosowań w mikroskopii wielofotonowej, endoskopii i fotomedycynie. Ten laser jest zbudowany przy użyciu dostępnych na rynku części i podstawowych technik łączenia.

Tania, niestandardowa produkcja i działanie lasera femtosekundowego o całkowicie normalnej dyspersji do mikroskopii wielofotonowej

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Ten protokół opisuje symulację, wytwarzanie i charakterystykę absorberów metamateriałów THz. Takie absorbery, sprzężone z odpowiednim czujnikiem, mają zastosowanie w obrazowaniu i spektroskopii THz.

Symulacja, wytwarzanie i charakterystyka absorberów metamateriałowych THz

Poznaj metodę wytwarzania taniego etalonu Fabry-Pérot sprzężonego z włóknami optycznymi do zastosowań w spektroskopii gazów śladowych. Protokół umożliwia szybkie prototypowanie czujników fotonicznych bez specjalistycznego sprzętu.

Wytwarzanie taniego, sprzężonego z włóknami i rozmieszczonego powietrznie etalonu Fabry-Pérot

Przeglądaj więcej filmów