Summary
Nanodetection के लिए अवांछनीय लेजर घबराना शोर को दूर करने के लिए बनाया गया है जो एक संदर्भ व्यकिकरणमीटर तकनीक, एक अति उच्च गुणवत्ता कारक microcavity की जांच के लिए उपयोग किया जाता है. विधानसभा, स्थापना, और डाटा अधिग्रहण के लिए निर्देश गुहा गुणवत्ता कारक निर्दिष्ट करने के लिए माप की प्रक्रिया के साथ, प्रदान की जाती हैं.
Abstract
अति उच्च गुणवत्ता कारक microcavities की जांच के लिए अनुकूल एक thermally और यंत्रवत् स्थिर फाइबर व्यकिकरणमीटर जमाने है. अपनी स्वतंत्र वर्णक्रमीय रेंज (FSR) का आकलन करने के बाद, मॉड्यूल एक फाइबर शंकु-microcavity प्रणाली के साथ समानांतर में डाल दिया जाता है और फिर लेजर आवृत्ति (यानी लेजर घबराना शोर) में यादृच्छिक पारियों अलग और नष्ट करने के माध्यम से calibrated. घटना microcavity जंक्शन का एहसास करने के लिए और गुंजयमान यंत्र को सौंप दिया है कि ऑप्टिकल शक्ति को अधिकतम करने के लिए, एक एकल मोड फाइबर ऑप्टिकल waveguide खींच लिया है. Polystyrene nanobeads युक्त समाधान तो तैयार और microcavity की सतह के लिए बाध्य करने के लिए भावना प्रणाली की क्षमता का प्रदर्शन करने के क्रम में microcavity के लिए भेजा जाता है. डाटा उच्च संकल्प गुणवत्ता का पहलू की माप के साथ ही सुनाई देती है तरंगदैर्ध्य और विभाजन आवृत्ति परिवर्तन के रूप में समय पर निर्भर मापदंडों की साजिश रचने के लिए अनुमति देता है जो फिटिंग अनुकूली वक्र, के माध्यम से बाद संसाधित है. सावधानी सेसमय डोमेन प्रतिक्रिया में कदम निरीक्षण और आवृत्ति डोमेन जवाब में स्थानांतरण, इस यंत्र असतत बंधन घटनाओं यों कर सकते हैं.
Introduction
अनुसंधान ब्याज nanodetection और 1-8 biosensing के प्रयोजन के लिए फुसफुसा गैलरी मोड (महिला ग्रैंड मास्टर) microcavities के उपयोग पर काफी बढ़ी है. इस अल्ट्रा उच्च गुणवत्ता कारक (क्यू) के एक प्रोटीन के स्तर से 2 नीचे miniscule जैविक कणों की पहचान करने में कुशल हैं कि ऑप्टिकल cavities शामिल है. कि असाधारण संवेदनशीलता के साथ संचरण 9-11 एक छोटे मोड मात्रा भीतर प्रकाश ऊर्जा की गुहा के कारावास से सक्षम किया जा सकता है के लिए गूंज और विभाजन आवृत्ति में बदलाव की निगरानी है. एक गुंजयमान यंत्र की ऑप्टिकल गुणों में बदलाव बारी में असतत अणुओं या नैनोकणों के बंधन से उत्पन्न जो इन बदलावों के कारण कर रहे हैं. इस तरह के अनुप्रयोगों के लिए एक तीन आयामी महिला ग्रैंड मास्टर संरचना का एक कम परिष्कृत उदाहरण बस एक सीओ 2 लेसर का उपयोग कर एक तैयार की ऑप्टिकल फाइबर ablating से एक के पास atomically चिकनी सतह के साथ निर्मित किया जा सकता है, जो एक सिलिका microsphere है. जाना जाता है,10 9 के आदेश पर उच्च क्यू कारकों 1 प्राप्त किया जा सकता है.
एक microcavity के गुंजयमान आवृत्ति पारंपरिक एक साथ एक आस्टसीलस्कप पर कब्जा कर लिया है कि ऑप्टिकल ट्रांसमिशन तस्वीर का पता लगाने, जबकि एक tunable लेजर स्रोत के ऑप्टिकल आवृत्ति स्कैनिंग द्वारा नजर रखी है. इस तकनीक का एक अंतर्निहित दोष लेजर तरंग दैर्ध्य या लेजर घबराना अस्थिर से उठता है कि प्रसारण में बूंदों की जगह के साथ जुड़े अनिश्चितता है. इस जटिलता को दूर करने, interferometer एक लेजर घबराना रद्द करने और मनाया संवेदनशीलता 2 बढ़ाने के लिए एक संदर्भ के संकेत के उत्पादन के लिए एक microcavity के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है. (माप के दौरान पिछले एक FSR आवृत्ति रिक्ति jittering से लेजर को रोकने के लिए काफी बड़ी एक मुक्त वर्णक्रमीय रेंज या FSR साथ) व्यकिकरणमीटर और int कि पता लगाने बीम के माध्यम से गुजरता है कि संदर्भ किरण: प्रकाश इनपुट दो ऑप्टिकल पथ में विभाजित हैमहिला ग्रैंड मास्टर microresonator साथ eracts. यह सुविधा इस तरह के एक वितरित प्रतिक्रिया लेजर (DFB) के संयोजन और समय - समय poled लिथियम niobate (PPLN) 12 doubler entailing महिला ग्रैंड मास्टर संवेदन के रूप में है कि अधिक उन्नत विन्यास की तुलना में प्रयोगों, सुव्यवस्थित. इस प्रकाशन में, nanoscale बात की अति उच्च गुणवत्ता कारक microcavity आधारित निगरानी के लिए एक व्यकिकरणमीटर तकनीक 3 में वर्णित है. यह पूरा करने के लिए आवश्यक हैं कि सेटअप और डाटा अधिग्रहण प्रक्रियाओं गुहा गुणवत्ता कारक संदर्भ इंटरफेरोमेट्री के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता illustrating कैसे, रेखांकित कर रहे हैं.
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Protocol
1. संदर्भ Interferometer निर्माण और FSR मापन
- निर्माण
- एक खुले शीर्ष एक्रिलिक बॉक्स बनाएँ. यह संरचना स्टायरोफोम बॉक्स में x 16 x में 16 में 16 में आराम से फिट करने के लिए इतना बड़ा होना चाहिए.
- खुले टॉप एक्रिलिक बॉक्स में बैठेंगे और पूरी तरह से थर्मल अलगाव के लिए स्टायरोफोम बॉक्स से घिरा हो जाएगा, जो ऑप्टिकल घटकों, घर के लिए एक 3 चरण ठंडे बस्ते में डालने इकाई बनाना. स्टायरोफोम बॉक्स पर दो ऊंचा छेद फाइबर पूरे बाड़े में प्रवेश और बाहर निकलने के लिए के लिए अनुमति देने के लिए उपस्थित होना चाहिए.
- 3 चरण में: 3 DB दिशात्मक युग्मक से एक उत्पादन फाइबर बारी में एक अलग 3 DB दिशात्मक युग्मक का एक इनपुट बंदरगाह की ओर जाता है जो एक ध्रुवीकरण नियंत्रक को clamped किया जाना चाहिए.
- 2 एन डी चरण में: पहली 3 DB दिशात्मक युग्मक के अन्य उत्पादन बंदरगाह से होने वाले ऑप्टिकल फाइबर का लगभग 16 फुट के साथ एक पाश फार्म. एस के शेष इनपुट बंदरगाह के लिए इस फाइबर प्रत्यक्ष3 मंच पर econd 3 DB दिशात्मक युग्मक.
- एक बर्फ स्नान फैशन के रूप में, 50% तरल पानी के साथ मिश्रित 50% मुंडा बर्फ के साथ एक्रिलिक बॉक्स भरें और फलस्वरूप 0 डिग्री सेल्सियस के पास ऑप्टिकल घटकों का तापमान बनाए रखने के
- FSR मापन
- वांछित तरंग दैर्ध्य में जांच लेजर सेट करें. इसके उत्पादन में एक 3 डीबी पावर फाड़नेवाला से जुड़ा है कि इस तरह के एक समारोह जनरेटर को रोजगार. 3 DB फाड़नेवाला से outputs के निगरानी उद्देश्यों के लिए आस्टसीलस्कप से जुड़ा होना चाहिए और अन्य उत्पादन सीधे धुन लेजर की आवृत्ति के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है.
- 1 सेंट 3 DB दिशात्मक युग्मक के लिए इनपुट के रूप में लेजर उत्पादन में फ़ीड.
- 2 एन डी 3 DB दिशात्मक युग्मक के दो outputs संतुलित photodetector (बीपीडी) को photomixed संकेतों को ले जाने के लिए कर रहे हैं. अंत में, आस्टसीलस्कप के एक चैनल के इनपुट के लिए बीपीडी का उत्पादन केबल कनेक्ट.
- रैखिक suppl द्वारा लेजर आवृत्ति स्कैन(1 वी और 100 हर्ट्ज का स्कैन आवृत्ति की एक चोटी से पीक वोल्टेज के साथ) तरंग जनरेटर से उत्पन्न एक रैंप संकेत के साथ लेजर मॉड्यूल यिंग. बीपीडी से उत्पादन में संकेत आस्टसीलस्कप पर sinusoidal बन जाएगा.
- ट्यून ध्रुवीकरण नियंत्रक sinusoidal तरंग की चोटी से पीक वोल्टेज अधिकतम करने के रूप में.
- , FSR उपाय डीसी मोड में तरंग जनरेटर सेट करके निरंतर तरंग उत्पादन के लिए लेजर विन्यस्त करने के लिए. ट्यून तरंग जनरेटर वोल्टेज बीपीडी से संचरित संकेत के आसपास 0 वी (यानी. वर्ग निकालना बिंदु) से बदलता रहता है कि इस तरह के. एक बिजली स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग कर उत्पादन में संकेत का निरीक्षण किया. नजर रखी संकेत वैश्विक अधिकतम (शून्य आवृत्ति पर) निकटतम पहले शून्य के स्थान FSR से मेल खाती है, जहां एक sinc वर्ग समारोह के रूप में प्रकट करना चाहिए. माप शोर को कम करने के लिए, औसत के मोड पर बिजली स्पेक्ट्रम विश्लेषक निर्धारित किया है.
2. फाइबर 13 पुलिंग
प्रस्तावना: इस प्रक्रिया का लक्ष्य लगभग कुशल युग्मन हो सकता है कि इतना microcavity के लोगों को घटना में यात्रा फोटॉनों के चरण मैच है. फाइबर खींच लिया है, दो clamps के बीच स्थित है कि केंद्रीय अनुभाग तब आवरण बनने कोर और हवा बनने मूल सिलिका आवरण द्वारा गठित एक waveguide के भीतर अनेक प्रकार मे, एक नियमित रूप से फाइबर के भीतर एक एकल मोड समर्थन से संक्रमण, और होगा एक एकल मोड के लिए. संतुष्ट बहुपद्वति प्रचार शर्तों फाइबर व्यास के लगातार सिकुड़ने द्वारा counteracted किया जाएगा जिसमें अस्थायी रूप से फाइबर की सिलिका कोर वस्तुतः, मध्य भाग में गायब हो जाएगा.
- मोटरयुक्त translational चरण के लिए फाइबर धारक को ठीक करें.
- प्रत्येक खंड के एक छोर पर एफसी / APC कनेक्टर के साथ ऑप्टिकल फाइबर के दो वर्गों Connectorize. एक फाइबर छंटक साथ असंबद्ध छोर से बफर कोटिंग निकालें, पहले एसीटोन के साथ उन्हें साफ और वेंisopropanol एन, अंत पहलुओं फोड़ना, और संलयन उन्हें एक साथ ब्याह.
- , घटना में नुकसान की निगरानी फाइबर के दूसरे छोर एक photodetector (पीडी) से जुड़ा है, जबकि फाइबर के एक छोर से लगातार बिजली मोड में एक जांच लेजर कनेक्ट करने के लिए. पीडी के उत्पादन में एक आस्टसीलस्कप से जुड़ा होना चाहिए. प्रेषित लेजर शक्ति के लिए आनुपातिक है जो पीडी उत्पादन में वोल्टेज के लिए उपाय के रूप में आस्टसीलस्कप सेटिंग्स समायोजित करें.
- पीडी उत्पादन में वोल्टेज की प्रारंभिक मूल्य रिकॉर्ड और कदम 2.9 जब तक यह निगरानी जारी है.
- फाइबर धारक और छवि एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ फाइबर के लिए फाइबर दबाना.
- यह हवा ट्यूब से बाहर निकलें और स्थिर करने के लिए चैनल के दबाव के लिए करने के लिए इंतजार कर, शंकु के निकट प्रवाह शुरू होता है कि इस तरह हाइड्रोजन रिलीज. हाइड्रोजन गैस के लिए प्रवाह की दर 110 मिलीग्राम / मिनट में पहुँचता है, फाइबर गर्मी के लिए एक लाइटर के साथ दुकान के पास यह आग लगना.
- एक कस्टम LabVIEW कार्यक्रम का उपयोग करना, रैखिक फाइबर खींच. पु दौरान ध्यान दें किकई आवरण मोड पतली फाइबर खंड के माध्यम से मार्गदर्शन प्रकाश में प्रभावी हो गया है whilst lling प्रक्रिया, फाइबर कोर धीरे - धीरे गायब हो जाती है. ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से प्रेषित तीव्रता बहुपद्वति हस्तक्षेप की वजह से हिलाना चाहिए.
- यह केवल एक ही आवरण मोड का समर्थन करता है जब तक फाइबर शंकु चौड़ाई को कम करने के लिए फाइबर खींच जारी. प्रेषित तीव्रता भिन्न करने के लिए रहता है एक बार, फाइबर खींच बंद करो.
- अनुवाद मंच से फाइबर धारक को छोड़ दें और piezoelectric मंच के पास सुरक्षित है.
3. तैयार करना और समाधान के वितरण
- 22:00, 13:00, और Dulbecco फॉस्फेट buffered खारा (DPBS) में 50 एनएम त्रिज्या monodisperse polystyrene microspheres से बना 100 एफएम समाधान तैयार करें. इसके अतिरिक्त, एक शुद्ध DPBS समाधान बनाएँ.
- एक अपकेंद्रित्र में समाधान प्लेस संतुलन प्रयोजनों के लिए यह भीतर अपनी स्थिति को डगमगाते, और एक 30 मिनट कताई चक्र आरंभ.
- Completio परएन, सुरक्षित, एक desiccator में समाधान जगह खाली है, और 30 मिनट के लिए अल्ट्रासाउंड तरंगों के साथ समाधान की बौछार.
- समाधान निकालें और प्रयोग सेटअप के पास उन्हें रद्द करना.
- एक छोटे से तरल पदार्थ वितरण प्रणाली के लिए एक स्टैंड का निर्माण.
- दो ferrules की सफाई पर, एक microtubule खंड के दोनों सिरों पर सिरिंज सुझावों डालने और सिरिंज सुझावों को ferrules पर पेंच. व्यक्तिगत रूप से एक तिहाई सिरिंज टिप को ferrules की एक कनेक्ट और Luer के लिए अन्य एक बैरल सवार विधानसभा की फिटिंग ताला.
- स्टैंड के संपर्क में सिरिंज टिप जकड़ना और नमूना के पीछे यह भी आराम मिलता है. तरल पदार्थ महत्वपूर्ण spillage के बिना नमूना पर प्रवाह करने के लिए सक्षम होना चाहिए.
- प्रोटोकॉल की धारा 5 के संदर्भ में, एक उचित समाधान के साथ बैरल लोड और मैन्युअल प्रयोग के दौरान microfluidic प्रणाली के माध्यम से यह इंजेक्षन.
4. सिस्टम विन्यास और interconnections
- जांच लेस कनेक्ट एक 10 DB दिशात्मक युग्मक के लिए आर. प्रेषित बंदरगाह पतला फाइबर के बाद ध्रुवीकरण नियंत्रक से जुड़ा है, जबकि युग्मित बंदरगाह संदर्भ व्यकिकरणमीटर के इनपुट बंदरगाह से जुड़ा है.
- फाइबर घटना के दो तेज छवियों को प्राप्त करने के लिए माइक्रोस्कोप उद्देश्यों refocus.
- एक पीडी को पतला फाइबर के उत्पादन में कनेक्ट. इस पीडी के उत्पादन आस्टसीलस्कप का एक अलग चैनल के इनपुट से जुड़ी होनी चाहिए.
- Nanopositioner पर नमूना माउंट और यह फाइबर शंकु के केंद्र के लिए आसन्न है कि तो यह विस्थापित करने के लिए मोटे समायोजन करें.
- नमूने के लिए DPBS इंजेक्षन. मोटे समायोजन जैसे फाइबर शंकु दो सीसीडी कैमरों के देखने में आता है कि बनाओ. Microcavity के लिए फाइबर घटना से युग्मन स्थापित करने के लिए nanopositioner समायोजित करें.
- आस्टसीलस्कप पर एक उपयुक्त गूंज डुबकी प्राप्त करने के रूप में लेजर तरंग दैर्ध्य स्कैन करें.
5. Nanoparticle जांच
ontent "> डेटा प्राप्त करने के लिए:, घर का बना सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, आस्टसीलस्कप के ट्रिगर सेटिंग्स कॉन्फ़िगर और आगे की प्रक्रिया के लिए आस्टसीलस्कप निशान इकट्ठा.- एक संदर्भ के रूप में बफर समाधान के लिए डेटा रिकॉर्ड.
- सबसे कम से सर्वोच्च एकाग्रता के लिए nanoparticle समाधान के लिए डेटा रिकॉर्ड.
- Microcavity पर बाध्यकारी कारण nanoparticle को उस जगह ले आवृत्ति परिवर्तन को ध्यान से देखें.
डेटा की 6. पोस्ट प्रसंस्करण
एकत्र आंकड़ों आगे एक स्वयं लिखा MATLAB कार्यक्रम द्वारा संसाधित किया जा सकता है. कार्यक्रम होना चाहिए:
- संदर्भ व्यकिकरणमीटर निशान पढ़ें और sinusoidal घटता के लिए एक कम से कम वर्ग फिट का संचालन. सज्जित sinusoidal के चरणों मक्खी पर लेजर घबराना अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जाता है.
- गुहा प्रसारण निशान पढ़ें और डबल Lorentzian समारोह के लिए एक कम से कम वर्ग फिट का संचालन. ऑप्टिकल आवृत्तियों, 1 ν (गूंज गिरावट को इसीν 2) और δν 1 द्वारा प्रतिनिधित्व आधा अधिकतम (FWHM की, पर अपनी पूरी चौड़ाई, δν 2) व्यकिकरणमीटर संकेत करने के लिए प्रसारण सिग्नल की तुलना द्वारा निर्धारित कर रहे हैं.
- मैं 1 (बाएं गूंज) या 2 (सही गूंज) हो सकता है या तो जहां क्यू मैं = ν मैं / δν मैं से प्रत्येक व्यक्ति डुबकी की गुणवत्ता कारक प्राप्त करते हैं.
- पारंपरिक है, के रूप में की गणना, लेजर स्कैन वोल्टेज, जहां लेजर घबराना पैदावार बड़ा माप शोर के माध्यम से गूंज गिरावट के ऑप्टिकल आवृत्तियों.
- औसत अनुनाद आवृत्ति ν औसत लीजिए = (ν 1 + ν 2) / 2 और विभाजन आवृत्ति Δν = ν 2 - ν 1 प्रत्येक माप के लिए और समय के एक समारोह के रूप में उन्हें साजिश है. एक nanoparticle microcavity, औसत अनुनाद आवृत्ति और विभाजन आवृत्ति थानेदार दोनों के अचानक परिवर्तन की सतह पर बांधuld मनाया जा.
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Representative Results
प्रोटोकॉल के बाद के बाद, निशान संकलित और लगाया जा सकता है. आवृत्ति बंटवारे एक DPBS के मध्यम में मनाया जाता है, जिसके लिए वीडियो, के रूप में पेश चित्रा 3a microsphere की ठेठ गूंज संरचना को दर्शाता है. डबल Lorentzian समारोह के लिए एक कम से कम वर्ग फिट बाएँ और दाएँ गूंज गिरावट की गुणवत्ता कारक क्रमश: 10 x 8 2.1 कर रहे हैं और एक जलीय वातावरण में 3.8 x 10 8 इंगित करता है. एक लाल, जबकि FWHM के ऑप्टिकल आवृत्तियों, लेजर तरंग दैर्ध्य स्थानांतरित कर दिया नीला है जब गूंज स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है प्र. नोट के लिए एक उच्च संकल्प माप जो पैदावार चित्रा 3 बी में व्यकिकरणमीटर संकेत, साथ गुहा स्पेक्ट्रम की तुलना द्वारा प्राप्त कर रहे हैं माप पैदावार भी इसी क्यू मूल्यों पाली. 4 चित्रा प्रसारण घटता के एक डबल Lorentzian फिट अभिकलन किया गया था जिसमें उत्पादन किया जा सकता है कि गूंज spectrograms को दिखाती है. अंशांकन, वीं के संदर्भ मेंई लेजर घबराना शोर मूल संदर्भ व्यकिकरणमीटर से निकाला और बाद में व्यकिकरणमीटर और microsphere संकेतों दोनों से निकाल दिया जाता है. लेजर घबराना मनाही के अभाव में, चित्रा -4 ए बस प्रतिध्वनि घाटियों पर ट्रिगर द्वारा उत्पन्न एक spectrogram दर्शाया गया है. चित्रा 4C के रूप में देखा थर्मल बहाव, अंशांकन पर उभर रहे हैं. इंटरफेरोमेट्री अंतरिक्ष को मुक्त करने का विरोध किया, elucidated माप दृष्टिकोण घाटे में कमी आई है और अटकल एक सिस्टम पर चिप मंच पर एकीकृत किया जा सकता है. मात्रात्मक, मुक्त अंतरिक्ष इंटरफेरोमेट्री प्रणालियों के लिए FSR माप एक गुहा क्यू के लिए 180 kHz के एक आरएमएस त्रुटि तक पहुँच सकते हैं = 32.9382 गीगा 14 एक FSR के लिए 5.5 x 10 -6 के एक रिश्तेदार सटीक अनुवाद करने के लिए 1.5 x 10 8,.
चित्रा 5 के मामले में एक मिनट का दो तिहाई की एक समय अवधि के लिए microcavity के औसत प्रतिध्वनि तरंगदैर्ध्य की निरंतर ट्रैकिंग दिखाता हैDPBS विसर्जन. ग्रे वक्र प्रतिध्वनि तरंगदैर्ध्य परम्परागत लेजर स्कैन वोल्टेज विधि द्वारा प्राप्त की है और लेजर घबराना बाहर calibrated नहीं है जब, femtometers के दसियों के आदेश पर एक मापा तरंग दैर्ध्य अस्थिरता है, जो दर्शाता है. एक संदर्भ व्यकिकरणमीटर (हरी वक्र) का उपयोग करना, शोर subfemtometer शासन के लिए कम है. थर्मल स्थिरीकरण द्वारा लाया सुधार भी एक uncooled समकक्ष (लाल वक्र) से subfemtometer शोर योगदान गेज करने के लिए चित्रा 5A में प्रदान की जाती हैं. इस बीच, विभाजन आवृत्ति की एक माप औसत गूंज वक्र की है कि एक समान शोर मंजिल पैदावार. लेजर आवृत्ति दर स्कैन के मूल्यांकन के रूप में सेवा एक उपोत्पाद प्रदत्त संदर्भ इंटरफेरोमेट्री योजना की. चित्रा 5C में दिखाया गया है, लेजर स्कैन दर के उतार चढ़ाव 10 गीगा / सेकंड के आदेश पर कर रहे हैं. यह आगे की पारंपरिक विधि के साथ जुड़े माप शोर करने के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है; हालांकि, इस suppresse किया जाएगासंदर्भ व्यकिकरणमीटर से होगी. संलग्न वीडियो में सूचीबद्ध के रूप में 50 एनएम polystyrene मोती के बंधन का संकेत घटनाक्रम आगे, एक microsphere का उपयोग कर लिया जा सकता है. औसत गूंज और विभाजन आवृत्ति पारियों दोनों के लिए कदम स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं.
एक और प्रकाशित प्रदर्शन 2 में, चित्रा 6A 12.5 एनएम, 25 एनएम, और एक सिलिका microtoroid पर DPBS में पतला 50 एनएम त्रिज्या polystyrene मोती के बंधन को प्रदर्शित करता है. देखा जा सकता है, इस तकनीक के समान संवेदनशीलता संवर्द्धन पैदावार. औसत गूंज और विभाजन आवृत्तियों के लिए आगे लगातार कदम एक microtoroid सतह पर बाध्यकारी 12.5 एनएम त्रिज्या मनका के लिए चित्रा 6B में मनाया जाता है.
चित्रा 1. वैचारिक diagraसमानांतर फाइबर व्यकिकरणमीटर विन्यास के मीटर, आंशिक रूप से सिलिका microsphere, microtoroid, और microdisk संरचनाओं की छवियों शामिल. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
. चित्रा 2 फुसफुसा गैलरी मोड संवेदन तंत्र: एक) फोटॉनों बंधन nanoparticle की अनुपस्थिति में microcavity भीतर घूम रहे हैं, ख) एक nanoparticle सतह को adsorbs और बाद में ऑप्टिकल गुणों में प्रत्यक्ष परिवर्तन के कारण, फोटॉनों द्वारा जांचा जाता है, ग) फ्रीक्वेंसी बंटवारे nanoparticle डेट करने के लिए एक अतिरिक्त आयाम प्रदान करने की वजह से संतुष्ट backscattering और गुहा नुकसान की स्थिति के कारण होता है ection कार्यप्रणाली. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
. सही करने के लिए गूंज के लिए छोड़ दिया और 3.8 एक्स 10 से 8 गूंज के लिए 2.1 x 10 8 की गुणवत्ता कारकों दिखा एक गुहा ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम की चित्रा 3 क) एक उदाहरण; ख) FWHM निर्धारित किया Interferometer संकेत. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
ftp_upload/51133/51133fig4.jpg "/>
चित्रा 4. पूर्वानुमानित कच्चे और बफर समाधान के लिए संवेदनशीलता बढ़ाकर संकेत spectrograms. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
. चित्रा 5 क) गुंजयमान तरंगदैर्ध्य समय बनाम पारी के साथ ही छोड़कर (रेड सिग्नल) और (हरी झंडी) थर्मल स्थिरीकरण सहित के बीच फ़र्क के प्लॉट; ख) समय पर निर्भर विभाजन आवृत्ति संबंधित; ग) संबंधित समय पर निर्भर दर स्कैन. हरे रंग का पता लगाने के संदर्भ इंटरफेरोमेट्री तकनीक के लिए अधिग्रहण कर लिया है, जबकि पहले subfigure, पारंपरिक झाड़ू वोल्टेज विधि के लिए डेटा से मेल खाती है कि एक ग्रे ट्रेस दर्शाया गया है. उसकेई, अलग तारीखों पर दर्ज किए गए ऊपर स्थित लाल और हरे रंग से घटता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
. चित्रा 6 ए) 50 एनएम (लाल वक्र), 25 एनएम (नीला वक्र), और 12.5 एनएम सिलिका microtoroids के लिए बाध्य (हरी वक्र) के दायरे मोती के लिए औसत गूंज पारी कदम एकत्र; एक microtoroid सतह के लिए बाध्य 12.5 एनएम polystyrene मोती के लिए मनाया जाता है, जो ख) लगातार औसत गूंज पारी (ऊपरी इनसेट) और विभाजन आवृत्ति पारी कदम (कम इनसेट),. यह आंकड़ा लू एट अल से प्राप्त किया गया है. 2 क्लिक करेंयहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए.
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Discussion
यह मौजूदा सेटअप जांच लेजर स्रोत के लिए किसी भी प्रतिक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता के बिना, इस तरह के microdisks, microspheres, और microtoroids के रूप में महिला ग्रैंड मास्टर microcavities, की एक किस्म की जांच कर रही करने में सक्षम है. पता लगाने के लिए एक काफी संकेत करने वाली शोर अनुपात (SNR) के कारण पथ की लंबाई और कण प्रेरित backscattering प्रभाव द्वारा प्रदान कदम पारी संवर्द्धन को प्राप्त किया जा सकता है. सादगी और संदर्भ व्यकिकरणमीटर खुद की कम लागत को देखते हुए, इस विधि महिला ग्रैंड मास्टर cavities के गुणों का अध्ययन या शोषण के लिए एक कुशल तकनीक है.
वैकल्पिक रूप से, microcavity में घूम शक्ति अनुकूलित किया जा सकता है और गूंज और अधिक प्रभावी ढंग पौंड Drever-हॉल (PDH) आवृत्ति ताला और महत्वपूर्ण युग्मन प्रतिक्रिया 15 आधार आयाम मॉड्यूलन (AM) आधारित चरण मॉडुलन (प्रधानमंत्री) को गोद लेने के द्वारा perpetuated किया जा सकता है. यह, हालांकि, प्रशंसनीय जटिलता और व्यय शुरू करने की कीमत पर आता है. शोर चPDH दृष्टिकोण के लिए loors भी हाल ही में इस प्रोटोकॉल में विस्तृत डिजाइन की तुलना में परिमाण के कम से कम एक आदेश द्वारा शोर आंकड़ा जुटाने, 7 एफएम 16 के आसपास झूठ बोला है. nanoparticle बिखरने पार वर्गों, परीक्षणों में प्रदर्शन के रूप में, गुहा बढ़ाया आयाम मॉड्यूलन लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (CEAMLAS) 17 द्वारा दी व्यकिकरणमीटर अपव्यय जानकारी के माध्यम से मापा जा सकता है.
ऐसा लगता है कि अनुचित तरीके से degased समाधान nanoparticle नमूनों के बराबर व्यास की हवा बुलबुले भी हो सकते हैं नोट करना महत्वपूर्ण है. अधिक विशेष रूप से, microcavity की सतह पर इस तरह के बुलबुले की सोखना आवृत्ति स्थानांतरण के रूप में झूठी सकारात्मक को जन्म देगा. इस तरह की कलाकृतियों बाध्यकारी nanobead से stemming उम्मीद संकेत प्रतिक्रियाओं से भेद करना मुश्किल है. अन्य कारणों से स्थिर विच्छेद से बचने के लिए घटना के पास तरल पदार्थ का प्रवाह है, साथ ही शामिल establishiएनजी repeatable फाइबर शंकु मज़बूती से उचित अखंडता और प्रविष्टि नुकसान (≈ 0.5 डीबी) को प्राप्त करने के रूप में शर्तों खींच रहा है.
अतीत में, इस प्रायोगिक प्रणाली के biosensing क्षमताओं DPBS में unlabeled इन्फ्लूएंजा ए virions के लिए बाध्यकारी मापने के द्वारा परीक्षण किया गया है. इस विशेष परिदृश्य के लिए SNR 38:1 होने की सूचना मिली थी. 12.5 एनएम के रूप में छोटे त्रिज्या के साथ polystyrene nanobeads पता लगाने के लिए प्रणाली की क्षमता का अतिरिक्त 2 प्रदर्शन किया गया है. कुल मिलाकर, संदर्भ व्यकिकरणमीटर आधारित पता लगाने पद्धति का प्राथमिक लाभ आवृत्ति घबराना और लेजर स्कैन वोल्टेज नियंत्रण से त्रुटि योगदान जबकि कम से कम वास्तविक समय में तरंगदैर्ध्य पारियों की निगरानी करने की क्षमता में निहित है. उदाहरण के लिए, घबराना शोर को दूर अकेले 10 का एक पहलू से SNR में वृद्धि होगी. महिला ग्रैंड मास्टर सी की भूमध्य रेखा पर (जैसे सोने nanoshells रूप यानी बाध्य plasmonic नैनोकणों) plasmonic हॉट स्पॉट की नियुक्तिक्षणभंगुर क्षेत्र के आसपास के क्षेत्र में avity भारी गुणवत्ता कारक 18,19 बिना अपमानजनक, परिमाण के एक आदेश पर उनका द्वारा पता लगाने संकेत बढ़ाने के लिए एक और अर्थ है.
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
लेखकों चित्रा 1 की वैचारिक आरेख के निर्माण के लिए जुआन दू धन्यवाद देना चाहूंगा. इस काम कनाडा के प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (NSERC) से अनुदान द्वारा वित्त पोषित किया गया.
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
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