Summary
Nanodetection için istenmeyen lazer seğirme gürültü çıkarmak için tasarlanmış bir referans interferometresi tekniği, ultra-yüksek kalite faktörü microcavity tarama için kullanılır. Montajı, kurulumu ve veri toplama için Talimatları kavite kalite faktörünü belirlemek için ölçüm işlemi yanında, sağlanmaktadır.
Abstract
Ultra-yüksek kalite faktörü mikro boşluklara incelenmesi için uygun bir termal ve mekanik stabilize lif girisimölçer şekillendirilmiştir. Serbest spektral aralığını (FR) değerlendirdikten sonra, modül fiber konik-microcavity sistemi ile paralel olarak konur ve sonra lazer frekansına (yani lazer seğirme gürültü) rastgele vardiya izole ve ortadan kaldırılması yoluyla kalibre. Konik-microcavity kavşak gerçekleştirmek ve rezonatör aktarılır optik gücünü maksimize etmek, bir tek modlu fiber optik dalga çekilir. Polistiren nanobeads içeren çözeltiler daha sonra hazırlanmış ve microcavity yüzeyine bağlanma anlamda sistem yeteneğini göstermek için microcavity için gitmiştir. Veri yüksek çözünürlüklü kalite faktörü ölçümleri yanı sıra rezonans dalga boyu ve frekansı bölme vardiya olarak zamana bağlı parametrelerin komplo sağlar uydurma adaptif eğrisi aracılığıyla sonrası işlenmiş olduğunu. Dikkatli tarafındanzaman-etki tepki adımları teftiş ve frekans etki tepki değişen, bu alet ayrık bağlanma olayları ölçmek olabilir.
Introduction
Araştırma faiz nanodetection ve 1-8 Biyoalgılayıcı amacıyla fısıldayan galeri modunda (WGM) mikro boşlukların kullanımı üzerinde önemli ölçüde arttı. Bu ultra-yüksek kalite faktörü (Q) tek protein düzeyinde 2 aşağı minik biyolojik parçacıkları, belirlenmesinde yetkin optik boşluklar içerir. Bu olağanüstü duyarlılığı ile iletim 9-11 küçük bir mod hacim içinde ışık enerjisi boşluktaki hapsi ile etkin olabilir için rezonans ve bölünmüş frekans değişimleri izleme, olduğunu. Bir rezonatör optik özellikleri varyasyonlar da ayrık molekül ya da nanopartiküllerin bağlama kaynaklanan bu kaymaların nedeni vardır. Bu tür uygulamalar için üç boyutlu bir yapının bir WGM daha az karmaşık, örneğin, sadece bir CO2 lazer kullanılarak çekilmiş bir fiber optik ablasyonu ile yakın bir atomik olarak pürüzsüz bir yüzeye sahip imal edilebilir bir silis mikrosfer olduğu. Bilindiği gibi,10 9 sipariş üzerine yüksek Q-faktörler 1 elde edilebilir.
Bir microcavity ait rezonans frekansı aynı zamanda, geleneksel olarak, bir osiloskopta yakalanır optik iletim foto-tespit ederken, ayarlanabilir bir lazer kaynağının optik tarama frekansı ile izlenir. Bu tekniğin doğal bir dezavantajı lazer dalga boyu veya lazer titremesini dalgalanan kaynaklanan iletim damla konumu ile ilgili belirsizlik olduğunu. Bu komplikasyon üstesinden gelmek için, girişimölçer lazer jitter iptal ve gözlenen hassasiyeti 2 artırmak için bir referans sinyali üretmek için bir microcavity birlikte kullanılabilir. (Ölçüm esnasında son bir FSR frekans aralığı titreşimi gelen lazer önlemek için yeterince büyük bir serbest spektral aralığının veya FSR ile) interferometre ve int bulgulama ışın geçer referans ışını: Işık giriş iki optik yolları ayrılmıştırWGM microresonator ile eracts. Bu özellik, bir dağıtılmış geribildirim lazer (DFB) kombinasyonu ve periyodik kutuplu lityum niyobat (PPLN) 12 DoubleR gerektiren WGM algılama gibi daha gelişmiş yapılandırmaları göre deneyler, akıcılık. Bu yayında, nano madde ultra-yüksek kalite faktörü microcavity tabanlı izlenmesi için girişimölçer tekniktir 3 tarif edilir. Bunu gerçekleştirmek için gerekli kurulum ve veri toplama işlemleri kavite kalite faktörü referans interferometri ile tespit edilebilir nasıl gösteren, özetlenmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Referans Interferometre İnşaat ve AYH Ölçme
- İnşaat
- Üstü açık bir akrilik kutusu oluşturun. Bu yapı Strafor kutu içinde x 16 x 16 bir 16 içine rahatça sığacak kadar büyük olmalıdır.
- Üstü açık akrilik kutusunda oturmak ve tamamen ısı yalıtımı için strafor kutu ile kapalı olacak optik bileşenleri, evine 3 aşamalı bir rafı imal. Strafor kutusunda bulunan iki yüksek delik lifler tüm kasayı girmek ve çıkmak için izin vermek için mevcut olması gerekir.
- 3. aşamada: 3 dB yönlü bir bağlayıcı One çıkışı elyaf da ayrı bir 3 dB yönlü bir bağlayıcı bir giriş portuna yol açan bir polarizasyon kontrolöre klemplenmelidir.
- 2. aşamada: İlk 3 dB yönlü kuplör diğer çıkış bağlantı kaynaklanan optik elyafın yaklaşık 16 metre olan bir döngü oluşturur. S kalan giriş bağlantı bu fiber Doğrudan3. sahnede econd 3 dB yönlü elemanı.
- Bir buz banyosu moda olarak,% 50 sıvı, su ile karıştırılarak% 50 traş buz ile akrilik kutusunu doldurmak ve buna bağlı olarak 0 ° C civarındaki optik bileşenlerin sıcaklığını korumak
- AYH Ölçme
- İstenilen dalga boyunda lazer probu kurmak. Onun çıkış 3 dB güç splitter bağlı olduğundan böyle bir fonksiyon jeneratörü çalıştırmak. 3 dB ayırıcıya gelen çıktıların bir izleme amacıyla osiloskop bağlı olmalıdır ve diğer çıkış doğrudan ayar lazer frekansı kullanılacak.
- 1 st 3 dB yönlü bir bağlayıcı için girdi olarak lazer çıkış besleyin.
- 2. 3 dB yönlü bağlaçta iki çıkışları dengeli Fotodedektör (BPD) photomixed sinyallerini taşımak için vardır. Son olarak, osiloskop bir kanal girişine BPD çıkış kablosunu bağlayın.
- Lineer Sayı ile lazer tarama frekansı(1 V ve 100 Hz arasında bir frekans tarama tepe-tepe voltaj ile) dalga biçimi üreteci üretilen bir rampa sinyali ile laser modülünü ying. BPD gelen çıkış sinyali osiloskop sinüs olacak.
- Dinle polarizasyon kontrolör sinüs dalga tepe-tepe gerilimi maksimize etmek gibi.
- , FSR'ye ölçmek DC moduna dalga jeneratörü ayarlayarak sürekli dalga çıkışı için lazer yapılandırmak için. Dinle dalga jeneratör gerilim BPD'den iletilen sinyal etrafında 0 V (yani. Karesel noktası) dalgalandığı böyle. Bir elektrik spektrum analizör kullanılarak çıkış sinyalini kontrol edin. Izlenen sinyal küresel maksimum (sıfır frekansında) en yakın ilk sıfır konumu FSR karşılık gelen bir basınç-kare fonksiyonu olarak görünmelidir. Ölçüm gürültüsünü en aza indirmek için, ortalama moduna elektrik spektrum analizörü ayarlayın.
2.. Fiber 13 Çekme
Başlangıç: Bu prosedürün bir hedefi, yaklaşık verimli kavrama meydana böylece microcavity kişilerce konik seyahat fotonların faz maç için. Fiber çekildiğinde, iki kelepçe arasında kalan merkezi bölüm daha sonra, kaplama haline çekirdek ve hava hale orijinal silis kaplama ile oluşturulan bir dalga kılavuzu içinde birden modları için, normal bir elyaf içindeki tek modunu destekleyen geçiş olacak ve Tek bir moda. Memnun modlu yayılma koşullar elyaf çapının sürekli daralma ile etkisiz olacak olup, burada, geçici olarak lifin silika çekirdek hemen hemen merkezi bölümünde kaybolur.
- Motorlu translasyonel aşamasına fiber sabitleyin.
- Her bölümün bir ucunda FC / APC bağlantı optik lif iki bölümleri Connectorize. Fiber striptizci ile bağlantısız uçlarından ara kaplamayı çıkarın, ilk aseton ile temizleyin ve inciizopropanol tr, uç yönleriyle tutunmaya, füzyon ve onları bir araya splice.
- , Konik kaybını en izlenmesi diğer fiberin ucu, bir fotodetektör (PD) bağlı iken, fiberin bir ucuna sabit bir güç modunda bir sonda lazer bağlamak için. PD'nin çıkışı, bir osiloskopa bağlanmalıdır. Iletilen lazer gücü ile orantılı olan PD çıkış voltajı ölçmek için osiloskop ayarları yapılır.
- PD çıkış geriliminin başlangıç değeri kaydedin ve adım 2.9 kadar izlemeye devam.
- Fiber tutma düzeninin ve görüntü bir optik mikroskop ile fiber için fiber sıkıştırın.
- Bu hava borusunu çıkmak ve stabilize etmek için kanalın basıncı için bekleyen, konik yakın akmaya başlar, öyle ki, hidrojeni serbest bırakın. , Hidrojen gazı için akış hızı 110 ml / dak ulaştığında, elyaf ısı ile daha hafif bir çıkışa yakın bir tutuşturmak.
- Özel bir LabVIEW programı kullanılarak, doğrusal fiber çekin. Pu sırasında unutmayınBirden fazla kaplama modları şevli fiber bölüm yoluyla ışık kılavuz baskın hale iken lling işlem olup, elyaf çekirdek yavaş yavaş kaybolur. Fiber optik vasıtası ile iletilen çok modlu yoğunluğu girişimi nedeniyle salınım gerekir.
- Sadece tek bir kaplama modunu destekler kadar fiber konik genişliğini azaltmak için fiber çekerek devam edin. Işık şiddeti değişir durduğunda, lif çekerek durdurmak.
- Çeviri aşamasında gelen lif tutucu bırakın ve piezoelektrik sahne yakınındaki sabitleyin.
3.. Hazırlama ve Çözümleri Teslim
- 22:00, 13:00 ve Dulbecco fosfat tamponlu salin (DPBS) içinde 50 nm yarıçap Tek dağılımlı polistiren mikro oluşan 100 fM çözelti hazırlayın. Ayrıca, saf DPBS çözüm oluşturmak.
- , Bir santrifüjde çözüm yerleştirin denge amacıyla içindeki konumlarını sersemleme ve bir 30 dakika eğirme döngüsü başlatmak.
- Completio Uponn, güvenli bir şekilde, bir kurutucuda çözüm yer bunu tahliye ve 30 dakika boyunca ultrason dalgaları ile çözüm bombardıman.
- Çözüm çıkarın ve deneme kurulumunun yakın bunları bir kenara koyun.
- Küçük bir sıvı dağıtım sistemi için bir stand oluşturun.
- Iki bileziğin temizlik üzerine, bir mikrotübül segmentinin iki ucundan üzerine şırınga ipuçları eklemek ve şırınga ipuçları ferülü vida. Bireysel üçüncü bir şırınga ucu yüksüklerdeki birini bağlayın ve Luer için diğer bir varil-piston montaj uydurma kilitleyin.
- Stand maruz şırınga ucu sabitleyin ve numune arkasında pervane. Sıvılar önemli dökülme olmaksızın numune üzerine akmasına gerekir.
- Protokol Bölüm 5 bakımından uygun bir çözüm ile namluyu yük ve elle deney sırasında mikroakışkan sistemi aracılığıyla enjekte.
4. Sistem Yapılandırması ve Interconnections
- Prob Lase bağlayın 10 dB yönlü coupler'e r. Iletilen bağlantı konik lif ardından polarizasyon denetleyiciye bağlıyken birleştiğinde noktası referans interferometrenin giriş portuna bağlanır.
- Lif daralmasının iki keskin görüntüler elde etmek için mikroskop hedefleri yönlendirmesi.
- Bir Emniyeti'ne konik fiber çıkışını bağlayın. Bu PD çıktısı osiloskop farklı bir kanal girişine bağlı olmalıdır.
- Nanopositioner üzerinde numuneyi monte edin ve elyaf konik merkezine yakın olduğu, böylece bu yer değiştirmesi için kaba ayarlamaları yapın.
- Numuneye DPBS enjekte edilir. Kaba ayarlamaları gibi fiber konik iki CCD kamera görünümüne girer emin olun. Microcavity için fiber konik ikinci kuplaj kurmak için nanopositioner ayarlayın.
- Osiloskopta uygun bir rezonans daldırma elde etmek için lazer dalga boyu tarayın.
5.. Nanoparçacık Algılama
ontent "> veri elde etmek için:, ev yapımı yazılımı kullanarak, osiloskobun tetik ayarlarını yapılandırın ve daha fazla işlem için osiloskop izlerini toplamak.- Bir referans olarak tampon çözeltisi için veri kaydedin.
- Düşükten en yüksek konsantrasyonuna nanopartikül çözümler için kaydedilmektedir.
- Microcavity bağlayıcı nedeniyle nanopartikülüne gerçekleşecek frekans değişimleri gözlemleyin.
Verilerin 6. Sonişleme
Toplanan veriler ayrıca bir öz-yazılı MATLAB programı tarafından işlenebilir. Program gerekir:
- Referans interferometre izlerini okumak ve sinüzoidal eğriler için en az bir-kare uyum yapmak. Gömme sinüzoidal Fazlar anında lazer titremeyi tahmin etmek için kullanılır.
- Kavite iletim izlerini okuyun ve çift-Lorentz fonksiyonu için en az bir-kare uyum yapmak. Optik frekansları, 1 ν (rezonans dips tekabülν 2) ve δν 1 ile temsil edilen yarı maksimum (FWHM ait, önceki tam genişlikleri, δν 2) interferometre sinyal iletim sinyalinin karşılaştırılması ile belirlenir.
- I 1 (sol rezonans) veya 2 (sağ rezonans) olabilir, ya da Q i = ν i / δν i ve her bir daldırma kalite faktörünün elde edilir.
- Geleneksel olarak, hesaplamak, lazer tarama gerilim, lazer seğirme verimleri daha büyük ölçüm gürültü yoluyla rezonans dips optik frekansları.
- Ortalama rezonans frekansı ν ort toplayın = (ν 1 + ν 2) / 2 ve ayrık frekans Δν = ν 2 - ν 1 her bir ölçüm için ve zamanın bir fonksiyonu olarak çizmek. Bir nanoparçacık microcavity, ortalama rezonans frekansı ve iki frekans sho hem ani değişimler yüzeyine bağlandığındaULD gözlenebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Protokolü aşağıdaki sonra izleri derlenmiş ve monte edilebilir. Frekans bölme DPBS bir ortam içinde görülen olduğu için video, sunulan Şekil 3a da, mikro kürenin tipik rezonans yapısını göstermektedir. Çift Lorentzian işlevine bir en küçük kare fit sol ve sağ rezonans eğim kalite faktörü sırasıyla 10 x 8 2.1 olan ve sulu bir ortamda 3.8 x 10 8 gösterir. Kırmızı bir süre FWHM optik frekanslar, lazer dalga boyu kaymıştır mavi olduğunda rezonans tayfı elde edilir S. Not yüksek çözünürlüklü bir ölçüm verir Şekil 3b'de interferometre sinyali ile kavite spektrumunun elde edilir Ölçüm verimi benzer Q değerleri değişimi. Şekil 4, iletim eğrilerinin bir çift Lorentzian fit hesaplanmıştır burada üretilebilir rezonans spectrograms gösterir. Kalibrasyon, th açısındane lazer titreşim gürültü orijinal referans interferometre çıkarılır ve daha sonra, interferometre ve mikroküre sinyallerinin her ikisini de kaldırılır. Lazer titreşim iptali yokluğunda, Şekil 4a, sadece rezonans vadiler tetiklenmesi ile üretilen bir spektrogram tasvir etmektedir. Şekil 4c görüldüğü gibi termal sürüklenme, kalibrasyon üzerine çıkar. Interferometrisinin-boşluk serbest aksine, aydınlatmıştır ölçüm yaklaşımı kayıpları azalmış ve makul bir system-on-chip platformu üzerine entegre edilebilir. Kantitatif, serbest uzay enterforemetre sistemleri için AYH ölçümler bir oyuk Q 180 kHz bir RMS hata ulaşabilir = = 32,9382 GHz 14 FSR'ye için 5,5 x 10 -6 göreceli bir hassasiyetle çeviri 1.5 x 10 8,.
Şekil 5, söz konusu bir dakika üçte iki bir süre için microcavity ortalama rezonans dalga boyunun, sürekli izleme görüntülemektedirDPBS daldırma. Gri eğri rezonans dalgaboyu geleneksel lazer tarama gerilim yöntemi ile elde edilen ve lazer titreşim kalibre üzerinden değilken, femtometers onlarca sırasına ölçülü bir dalgalanma dalga boyu olduğu, göstermektedir. Bir referans interferometre (yeşil eğrisi) kullanarak, gürültü subfemtometer rejimine azalır. Termal stabilizasyon getirdiği gelişmeler, aynı zamanda, bir soğutmasız eşdeğer (kırmızı eğri) ikinci subfemtometer gürültü katılım ölçmek için, Şekil 5a'da verilmiştir. Diğer taraftan, bölünmüş bir frekans ölçüm ortalama rezonans eğrisinin edilene benzer bir gürültü kat oluşur. Lazer frekans tarama hızı değerlendirmeler olarak hizmet bir yan ürün haiz referans enterforemetre düzeni. Şekil 5c 'de gösterildiği gibi, lazer tarama hızı dalgalanmaları 10 GHz / sn sırasına bulunmaktadır. Bu da geleneksel yöntem ile ilgili ölçüm gürültüye bağlı olabilir; Bununla birlikte, bu suppresse edilecektirreferans interferometreye tarafından d. Ekli bir video kataloglanmış 50 nm polistiren boncuklar bağlanma gösteren olaylar bundan başka, bir mikroküre kullanarak yakalanabilir. Ortalama rezonans ve ayrık frekans vardiya ikisi için adımlar açıkça görülebilir.
Yayımlanmış gösteri 2'de, Şekil 6a, 12.5 nm, 25 nm, ve bir silis microtoroid üzerinde DPBS içerisinde seyreltilmiş 50 nm polistiren boncukların çapı bağlanma gösterir. Görülebileceği gibi, bu teknik benzer duyarlılık geliştirmeleri verir. Ortalama rezonans ve bölünmüş frekanslar için daha ileri adımlar tutarlı bir microtoroid yüzey üzerinde bağlayıcı 12.5 nm yarıçapı boncuk Şekil 6b görülmektedir.
Şekil 1. Kavramsal diagraparalel elyaf interferometer yapılandırma m, kısmen silika mikrosferine, microtoroid ve microdisk yapıların görüntülerini içeren. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
. Şekil 2, Whispering-galeri modu algılama mekanizması: a) bağlayıcı fotonlar nanoparçacık yokluğunda microcavity içinde sirküle olur, b) bir nanoparçacık yüzeyine adsorbe olmakta ve bu, daha sonra optik özelliklerinde algılanabilir değişiklik neden fotonlar tarafından örneklenir, c) Frekans bölme nanoparçacık det ek bir boyut sağlayan dolayı memnun gerisaçılımı ve kavite kaybı koşulları oluşur ection metodoloji. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
. Sağa rezonans için sol ve 3.8 x 10 8 rezonans için 2.1 x 10 8 kalite faktörleri gösteren bir oyuk iletim spektrum Şekil 3 a) Bir örnek; b) FWHM belirlemek için kullanılan Interferometre sinyal. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
ftp_upload/51133/51133fig4.jpg "/>
Şekil 4. Beklenen ham ve tampon çözelti için hassasiyet geliştirilmiş sinyal spectrograms. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
. Şekil 5) rezonans dalga boyu vs zaman vardiya yanı sıra hariç (kırmızı sinyal) ve (yeşil sinyal) termal stabilizasyon dahil olmak arasındaki tutarsızlıkların Arsa; b) zamana bağımlı bölünmüş frekans İlgili, c) İlgili zamana bağlı tarama hızı. Yeşil iz referans enterforemetre tekniği için elde edilir iken ilk alt çizimde, geleneksel süpürme gerilimi yöntemi için verilere karşılık gelen gri bir iz gösteriyor. Onue, ayrı tarihlerde kaydedildi üstünde yer alan kırmızı ve yeşil eğrileri. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
. Şekil 6) 50 nm (kırmızı eğri), 25 nm (mavi eğri) ve 12.5 nm silika microtoroids bağlama (yeşil eğri) yarıçap boncuk için ortalama rezonans kaydırma adımları Toplanan; Bir microtoroid yüzeyine bağlanarak 12.5 nm polistiren boncuklar gözlenmektedir b) Tutarlı ortalama rezonans shift (üst iç) ve ayrık frekans kayması adımlar (alt inset),. Bu rakam Lu ve ark elde edilmiştir. 2 tıklayınızBurada bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu akım ayar prob lazer kaynağı için herhangi bir geri besleme kontrolü gerektirmeden, örneğin microdisks, mikro kürecikler ve mikro boşluklara WGM microtoroids gibi, bir dizi tarama özelliğine sahiptir. Tespiti için hatırı sayılır bir sinyal-gürültü oranı (SNR) nedeniyle yol uzunluğu ve partikül kaynaklı geri saçılma etkiler sağladığı adım kaydırma donanımlar için elde edilebilir. Sadelik ve referans interferometrenin kendisinin düşük maliyeti göz önüne alındığında, bu yöntem WGM boşlukların özelliklerini inceleyerek veya istismar için etkili bir tekniktir.
Alternatif olarak, microcavity dolaşan güç optimize edilebilir ve rezonans daha etkin Pound-Drever-Hall (PHD) frekans kilitleme ve kritik bağlama geribildirim 15 tabanlı genlik modülasyonu (AM) esaslı faz modülasyonu (PM) benimsenmesi yoluyla sürüp edilebilir. Bu, ancak, kayda değer karmaşıklığı ve harcamaları tanıtılması pahasına geliyor. Gürültü fPDH yaklaşım için loors yakın zamanda bu protokolü ayrıntılı tasarımına kıyasla büyüklüğü en az bir sipariş tarafından gürültü rakam yükselterek, 7 fm 16 etrafında yalan var. Nanoparçacık saçılma tesir kesitleri, çalışmalarda sergilenen, kavite gelişmiş genlik modülasyonu lazer absorpsiyon spektroskopisi (CEAMLAS) 17 tarafından verilen interferometer yayımı bilgi yoluyla ölçülebilir.
O yanlış degased çözeltiler nanopartikül örneklerin karşılaştırılabilir çaplı hava kabarcıklarını ihtiva edebilir dikkat etmek önemlidir. Daha spesifik olarak, microcavity yüzeyine bu kabarcıkların adsorpsiyon frekans kayması şeklinde yanlış pozitif sebebiyet verecektir. Bu tür yapılar, bağlayıcı nanobead sırasında oluşan sinyal beklenen yanıtları ayırt etmek zordur. Diğer hususlar kararlı kopardıklarını önlemek için konik yakın sıvıların akışı, hem de dahil establishing tekrarlanabilir fiber konik güvenilir makul bütünlüğünü ve ekleme kaybı (≈ 0.5 dB) elde etmek gibi koşullara çekerek.
Geçmişte, bu deneysel sistemin biyo-algılayıcı yetenekleri DPBS etiketlenmemiş bir influenza viryonlarının bağlayıcıdır ölçülmesiyle test edilmiştir. Bu belirli bir senaryo için SNR 38:1 olduğu bildirildi. 12.5 nm kadar küçük yarıçapı olan polistiren nanobeads tespit sisteminin olası ek olarak 2 gösterilmiştir. Genel olarak, referans interferometresi tabanlı algılama metodolojisi birincil avantajı frekans titreşim ve lazer tarama-gerilim denetimi hatası katkıları minimize ederken gerçek zamanlı dalga boyu değişimleri izlemek için yeteneği yatıyor. Örneğin, titreşim gürültü çıkararak tek başına 10 bir faktör ile SNR artacaktır. WGM c ekvator üzerinde (örneğin, altın nanoshells gibi, yani bağlı plasmonik nanopartikülleri) plasmonik sıcak noktalar yerleştirmefani alanının çevresinde avity ağır kalite faktörünün 18,19 düşürmeden, bir magnitüd düzeyinde üzerinde çok az tarafından algılama sinyalini geliştirmek için bir araçtır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar Şekil 1 kavramsal şemasını oluşturmak için Xuan Du teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Kanada Doğal Bilim ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) hibe tarafından finanse edildi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Polystyrene Microspheres | PolyScience | ||
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Life Technologies | 14190 | |
| Piezoelectric Nanopositioner System | Physik Instrumente | P-611.3S | |
| Balanced Photodetector | Thorlabs | PDB120A | |
| Photodetector | Newport | 1801-FC | |
| 3 dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-50B | |
| 10 dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-90B | |
| Drop-In Polarization Controller | General Photonics | PLC-003-S-25 | |
| Function Generator | Hewlett-Packard | 33120A | |
| Fusion Splicer | Ericsson | FSU-925 | |
| High-Speed Oscilloscope | Agilent | DS09404A | |
| Motorized Translation Stage with Controller | Thorlabs | MTS25-Z8E | |
| Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, Ø125 μm Cladding | Thorlabs | SM600 | |
| Real-Time Electrical Spectrum Analyzer | Tektronix | RSA3408B | |
| Optical Spectrum Analyzer | Agilent | 70951A | |
| 632.5 – 637 nm Tunable Laser | New Focus | TLB-6304 | |
| Filtration Pump | KNF | ||
| Ultrasonic Cleaner | Crest Ultrasonics | Powersonic 1100D | |
| Mini Vortexer | VWR | VM-3000 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Microfuge 22R |
References
- Vahala, K. J. Optical microcavities. Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).
- Lu, T., et al. High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities. PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).
- Vollmer, F., Arnold, S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).
- Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).
- Sun, Y., Fan, X. Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement. Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).
- Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high-Q microspheres. J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).
- Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. Split frequency sensing methods and systems. Patent granted on. , (2013).
- Zhu, J., et al. On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator. Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).
- Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system. Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).
- Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities. Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).
- Chow, J. H., et al. Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation. Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator. Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).
- Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator. Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection. Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).
