Развитие шепчущей галереи Режим полимерные микро-оптические датчики электрического поля

Краткое содержание

Высокая чувствительность микро-фотонных датчиков был разработан для обнаружения электрического поля. Датчик использует оптические моды диэлектрического шара. Изменения во внешнем электрическом поле возмущает области морфологии, ведущие к изменениям в его оптической моды. Напряженность электрического поля измеряется с помощью оптического мониторинга этих сдвигов.

Аннотация

Оптический режимов диэлектрических микро-полостей получили значительное внимание в последние годы их потенциал в широком диапазоне применений. Оптическими модами, которые часто упоминаются как "шепчущей галереи" (МШГ) или «Морфология зависимость резонансов" (MDR) и обладают высоким оптическим качеством факторов. Некоторые предлагаемые применения микро-полости оптического резонатора, в спектроскопии ^1, микро-полости лазерные технологии ^{2, 3-6} оптической связи, а также сенсорной технологии. WGM-приложений на основе датчиков включают в биологии ^7, следов обнаружения газа ^8, а примеси обнаружения в жидкости ^9. Механические датчики на основе микросфер резонаторов также были предложены, в том числе для силовых ^10,11, давление ^{12, 13} и ускорения напряжение трения на стенке ^14. В настоящее время мы демонстрируем WGM на основе электрического поля датчика, который основывается на нашем предыдущем StudiES ^15,16. Кандидат применения этого датчика для обнаружения нейрона потенциала действия.

Электрический датчик поля на основе полимерных многослойных диэлектрических микросфер. Внешнее электрическое поле индуцирует поверхностных и объемных сил на сферах (электрострикции эффект) приводит к упругой деформации. Это изменение в морфологии сферах, приводят к сдвигам в WGM. Индуцированного электрическим полем WGM сдвиги опрошенных захватывающие оптические моды сферах лазерным светом. Свет от распределенной обратной связью (DFB) лазер (номинальная длина волны ~ 1,3 мкм) стороны связанными в микросферы помощью конической части в одиночном режиме оптического волокна. Материальной базы сферы является полидиметилсилоксана (PDMS). Три геометрии микросферы используются: (1) PDMS сферы с соотношением 60:1 объемная база-отверждения смеси агента, (2) нескольких сфере слой с 60:1 PDMS ядро, с целью повышения диэлектрической проницаемости еэлектронной сфере, средний слой PDMS 60:1, который смешивают с различными количествами (2% до 10% по объему) титаната бария и внешним слоем PDMS 60:1 и (3) твердой сферы диоксида кремния покрыты тонким слоем неотвержденных базе PDMS. В каждом типе датчика, лазерный свет с коническим волокно вводится в наружный слой, который обеспечивает высокое оптическое качество фактор WGM (Q ~ 10 ^6). Микросферы поляризованных течение нескольких часов при электрическом полях ~ 1 МВ / м увеличить их чувствительность к электрическому полю.

Протокол

1. PDMS Микросфера подготовки (Sphere I)

1. Полидиметилсилоксана (PDMS) база и отвердитель смешиваются с объемном соотношении 60:1.
2. Прядь кварцевых оптических волокон, длиной около 2 см, сначала лишили его пластиковой оболочки с помощью оптического стриптизершей.
3. Один конец волокна нагревается и растягивается, чтобы обеспечить стволовых конца, что составляет ~ 25-50 мкм в диаметре на конце.
4. Растянутой конца волокна погружен в смесь PDMS по длине примерно 2-4 мм и затем вытащил.
5. Поверхностное натяжение и вес смеси PDMS позволяет для формирования сферы на кончике кварцевого волокна. Размер области находится под контролем ....

Результаты

Оптической моды (WGM) сферы возбуждается лазерным светом, когда оптическая длина пути, проходимого светом кратна целому числу длины волны лазера. Для устройства, показанного на рисунке 3, длина оптического пути 2πrn, где п и г показатель преломления и радиуса сферы, соответственно. Используя приближение геометрической оптики, WGM условие выполняется при 2πrn = lλ, где L является целым числом и λ есть длина волны лазера. Поскольку лазер DFB н.......

Обсуждение

Сферы, первоначально поляризованных путем подключения электродов для постоянного тока высокого напряжения. В конце избирательные продолжительности, электродов провода отключены от сети постоянного напряжения и подключен к генератору функций, как показано на рисунке 4. Результаты представлены на рис с 5 по 8 показывают, что положительный и отрицательный электрические поля (по отношению к направлению избирательные) приводит к удлинению сфере и сжатия, соо.......

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
	Компания	Номер в каталоге	Комментарии (по желанию)
PDMS	Dow Corning	Sylgard 184
Кварцевого волокна	Продажа волоконно инструмента	E-37AP15-FIS
Титаната бария (BaTiO 3) наночастиц	Sigma Aldrich	467634-100G
Лазерный контроллер	ILX Lightwave	НРС-3724B
DFB лазерный	Agere	Agere 2300	1,310 мкм центральной длины волны
Фотодиод	Thorlabs	PDA10CS
A / D карты	National Instruments	PXI 6115