Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical osciladores

O objetivo geral deste procedimento é fabricar e demonstrar osciladores optomecânicos que operam com meios em fase fluida. Isso é realizado primeiramente fabricando ressoadores optomecânicos microfluídicos por meio do aquecimento e estiramento de preformas capilares de sílica fundida sob iluminação a laser de CO2. O segundo passo é montar os dispositivos fabricados para testes.

Em seguida, um laser de diodo é utilizado para bombear modos ópticos de galeria de sussurro do dispositivo fabricado por meio de uma fibra óptica afinada. Por fim, a análise eletrônica do espectro dos sinais ópticos de saída é usada para demonstrar a interação optomecânica e a detecção por meio de modos mecânicos em fluidos. Esses dispositivos oferecem uma capacidade até então indisponível de realizar experimentos de optomecânica com materiais na fase fluida.

Em geral, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades, pois a fabricação, o processo, a necessidade, a prática e os parâmetros de fabricação precisam ser otimizados. A demonstração deste método é essencial, já que a atuação e a identificação do modo optomecânico são difíceis de dominar. Os ressoadores microfluídicos serão fabricados por aquecimento e puxamento de preformas capilares de vidro para realizar este primeiro alinhamento.

Duas plataformas de translação linear controladas por software. Elas devem se mover ao longo da mesma linha. Devem estar separadas por alguns centímetros para que o capilar possa ser estendido através da lacuna.

Os suportes de amostra nas platôs devem ser alinhados para manter um capilar sobre o eixo. Ao longo da linha de movimento das platôs, o aquecimento será realizado por dois lasers de CO2 antes de prosseguir. Tome as precauções de segurança apropriadas ao trabalhar com lasers de alta potência.

Em seguida, direcione a saída dos lasers de modo que atinjam o mesmo ponto na região entre as etapas lineares. Esse ponto deve ser um local onde um capilar será suspenso. Utilize blocos de feixe para interromper os raios após o ponto-alvo.

Utilize um software para o controle simultâneo dos dois estágios de translação e dos níveis de potência dos dois lasers de CO2. Para esta configuração, capilares confiáveis são produzidos quando um estágio se move rapidamente, cerca de 10 milímetros por segundo, e o outro lentamente, cerca de 0,5 milímetros por segundo, na mesma direção, para alimentar mais material na zona de aquecimento.

Os dois lasers são ajustados em 4,5 watts para um período de pré-aquecimento de três segundos. Em seguida, cinco watts ou mais durante o processo de desenho. Para fabricar o ressonador, utilize sílica fundida, preforma capilar, cortando um comprimento que possa alcançar entre os dois suportes de amostra na plataforma de translação linear, cerca de dois a quatro centímetros.

Em seguida, fixe o capilar aos porta-amostras, de modo que a zona-alvo do laser fique aproximadamente no centro do comprimento do capilar. Prossiga iniciando o software de controle.

O laser pré-aquece o capilar por três segundos. Em seguida, o capilar é puxado por cerca de 10 segundos. Quando o processo terminar, remova o capilar puxado manipulando apenas a extremidade grossa e não dobrada para evitar contaminação.

Posicione o capilar de modo que a superfície do ressonador limpo fique suspensa no ar. Crie capilares com diâmetros diferentes variando os parâmetros de puxamento e repetindo o processo de fabricação para garantir que os capilares estejam abertos. Trabalhe com uma bandeja rasa de água e uma seringa.

Pegue cuidadosamente um capilar acabado e mergulhe uma das extremidades na água. Use a seringa para soprar ar pela outra extremidade. Bolhas de ar indicam que o capilar está aberto.

Antes de testar os capilares, é necessário construir um suporte para montá-los. Para isso, corte três pedaços de vidro de um centímetro por 0,5 centímetro de lâminas de vidro. Além disso, corte um pedaço de três centímetros por meio centímetro também de uma lâmina de vidro.

Em seguida, use adesivo de ligação em vidro ou cola super resistente para montar essas peças em um eha. Depois, corte de uma capilar desenhada um comprimento capaz de cobrir a distância entre dois ramos adjacentes no suporte em forma de U e se estender além deles. Use adesivo óptico para colar a capilar de modo que suas extremidades se estendam além dos dois ramos do suporte e seu centro fique suspenso entre eles.

Em seguida, cure o adesivo óptico com uma luz de cura UV de LED pelo tempo necessário. Após cerca de 10 segundos, prossiga obtendo um tubo plástico com diâmetro interno ligeiramente maior que o do capilar. Insira cuidadosamente um tubo em cada extremidade do capilar montado.

Novamente, utilize adesivo óptico para selar a conexão entre o capilar e o e cure com luz UV. Após a cura, o conjunto está pronto para ser montado. Use o terceiro ramo de vidro livre para prender a estrutura no lugar.

Este experimento utiliza um laser infravermelho acoplado a fibra com comprimento de onda ajustável, conectado a um gerador de funções, usado para varrer periodicamente os comprimentos de onda do laser. A saída do laser é primeiramente conduzida através de um controlador de polarização.

A partir daí, ele é acoplado a uma guia de onda de fibra afunilada de banda telecom unimodal próxima a uma plataforma de nano posicionamento. Após a fibra afunilada, a luz passa por atenuadores para proteger os analisadores downstream. Para este experimento, após o atenuador, a luz é direcionada a um fotodetector conectado a um analisador de espectro elétrico e a um osciloscópio.

Inicie o experimento estabilizando o laser e iniciando varreduras do comprimento de onda do feixe a laser. Em seguida, retire o ressoador capilar montado e fixe o suporte do ressoador capilar no estágio de nano-posicionamento próximo à fibra afunilada. Depois, mova cuidadosamente o estágio para trazer o ressoador a cerca de um mícron da fibra afunilada, obtendo acoplamento evanescente.

À medida que os comprimentos de onda são varridos, depressões na transmissão do laser em função do tempo, observadas no osciloscópio, indicam a presença de acoplamento evanescente e ressonâncias. Utilize o analisador de espectro para procurar interferência temporal entre a luz laser de entrada e a luz dispersa. Esta batida ocorre na frequência de oscilação mecânica.

Neste exemplo, um modo mecânico em 24,94 megahertz é excitado no capilar pela pressão de radiação, tentando travar ao modo óptico relevante para uma oscilação mecânica, desativando a varredura de frequência do laser e controlando o comprimento de onda do laser. Em modo de onda contínua, sinais periódicos aparecerão em um osciloscópio quando um modo mecânico estiver presente. Uma vez dominados, a fabricação do dispositivo e os testes podem ser concluídos em cerca de 45 minutos, se realizados corretamente.

Ao realizar este procedimento, é importante lembrar que o ressonador e a fibra afunilada nunca devem ser manipulados manualmente, nem mesmo com pinças. Isso é necessário para manter a limpeza das superfícies. Desde o seu desenvolvimento, esta técnica tem aberto caminho para pesquisadores na área de optomecânica de cavidade explorarem novas interações com fluidos e analitos biológicos.