Automatic Translation

This translation into Arabic was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Engineering

تصنيع واختبار ميكروفلويديك الميكانيكية المذبذبات

1, 2, 1, 2,3, 3, 3, 2, 1

1Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, 3Biomedical Engineering, University of Michigan

Article
    Downloads Comments Metrics Publish with JoVE

    You must be subscribed to JoVE to access this content.

    Enter your email to receive a free trial:

    Welcome!

    Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!


    By clicking "Submit", you agree to our policies.

    Admit it, you like to watch.

     

    Summary

    Cite this Article

    Han, K., Kim, K. H., Kim, J., Lee, W., Liu, J., Fan, X., et al. Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators. J. Vis. Exp. (87), e51497, doi:10.3791/51497 (2014).

    Abstract

    تجويف optomechanics التجارب التي parametrically زوجين وسائط الطاقة الصوتية وسائط الفوتون وقد تم التحقيق في مختلف النظم البصرية بما في ذلك microresonators. وقد أجريت التجارب الميكانيكية ولكن، بسبب زيادة الخسائر الإشعاعي الصوتية أثناء الغمر السائل مباشرة من الأجهزة الميكانيكية، نشرت كلها تقريبا في المرحلة الصلبة. تناقش هذه الورقة الميكانيكية ميكروفلويديك جوفاء مرنان أدخلت مؤخرا. يتم توفير منهجية مفصلة لافتعال هذه مرنانات ميكروفلويديك فائقة-Q، إجراء اختبار الميكانيكية، وقياس الإشعاع ضغط يحركها وضع التنفس وSBS يحركها يهمس وضع معرض الاهتزازات حدودي. بواسطة حصر السوائل داخل مرنان الشعرية، ويحتفظ في الوقت نفسه عوامل عالية الجودة البصرية الميكانيكية و.

    Introduction

    optomechanics تجويف يدرس اقتران حدودي بين أوضاع الطاقة الصوتية وسائط الفوتون في microresonators عن طريق ضغط الإشعاع (RP) 1-3 وحفز نثر بريلوين (SBS) و 4-6. وقد أثبتت SBS وآليات RP في كثير من النظم البصرية المختلفة، مثل الألياف المجهرية 4،6،8، 1،9 ملفات حلقية، ومرنانات البلورية 5،10. من خلال هذا الفوتون الطاقة الصوتية اقتران، سواء التبريد 11 و الإثارة 6،10 من وسائط الميكانيكية أثبتت. ومع ذلك، ذكرت كلها تقريبا optomechanics التجارب هي مع مراحل الصلبة للمادة. وذلك لأن السائل الغمر المباشر للنتائج الأجهزة الميكانيكية في زيادة كبيرة في فقدان الصوتية الإشعاعي بسبب مقاومة أعلى من السوائل مقارنة ضد الهواء. بالإضافة إلى ذلك، في بعض الحالات فقدان آليات المبددة في السوائل قد تتجاوز الخسائر الصوتية الإشعاعي.

    Recently، تم إدخال نوع جديد من مذبذب الميكانيكية جوفاء مع الهندسة microcapillary 12-15، والتي حسب التصميم مجهز لإجراء التجارب ميكروفلويديك. والتضمين قطر هذا شعري على طوله لتشكيل متعددة 'مرنانات زجاجة' التي تحصر في وقت واحد البصرية الأصداء يهمس-16 معرض وكذلك وسائط الرنانة الميكانيكية 17. أسر متعددة من وسائط الرنانة الميكانيكية المشاركة، بما في ذلك وسائط التنفس، وسائط النبيذ والزجاج، وسائط الصوتية يهمس الرواق. والزجاج والنبيذ (واقفا الموجة) ويهمس-معرض الصوتية (الموجة السفر) تتشكل الأصداء عند اهتزاز مع عدد صحيح متعددة من موجات الصوتية تحدث حول محيط الجهاز. ويقترن ضوء evanescently في وسائط يهمس-معرض البصرية من هذه 'زجاجات' عن طريق الألياف البصرية مدبب 18. الحبس من السائل داخل 19،20 مرنان الشعرية، وبدلا من خارجه، وتمكن العوامل ذات الجودة البصرية الميكانيكية وعالية في وقت واحد، والذي يسمح الإثارة البصرية من وسائط الميكانيكية عن طريق كل من RP وSBS. كما ثبت أن هذه الإثارات الميكانيكية قادرون على اختراق السائل داخل الجهاز 12،13، وتشكيل وضع الرنانة الصلبة والسائلة المشتركة، وبالتالي تمكين واجهة البصريات الميكانيكية للبيئة فلويديك داخل.

    في هذه الورقة وصفنا تلفيق، RP ويشتغل SBS، ونتائج القياس ممثل لهذا النظام الميكانيكية الرواية. وتقدم أيضا قوائم المواد وأداة محددة.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Protocol

    1. تلفيق فائق-Q ميكروفلويديك دوائر الرنين

    1. إعداد الشعرية الإعداد التصنيع
      1. افتعال الميكانيكية مرنان ميكروفلويديك في الطريقة التالية: - الحرارة على التشكيل الزجاج الشعرية مع ما يقرب من 10 واط من الأشعة CO 2 الليزر على 10.6 ميكرون الطول الموجي، واستخلاص الشعرية ساخنة خطيا باستخدام مراحل الترجمة الآلية الشكل 1 يبين ترتيب الترجمة الخطية مراحل، وأشعة الليزر، وموقع التشكيل الشعري قبل عملية سحب.
      2. برنامج حاسوبي أتمتة مناسبة للتحكم في وقت واحد وهما CO 2 الليزر (للتدفئة) واثنين من مراحل الخطية. المراحل الخطية اثنين تنفيذ عملية الرسم لشعري-يسخن الليزر.
      3. يجب أن تكون واحدة من مراحل خطية سريع (على سبيل المثال 5 ملم / ثانية) لعملية الرسم الخطي. إطعام في المزيد من المواد إلى منطقة التدفئة مع الثانية، مرحلة الخطية أبطأ(على سبيل المثال 0.5 ملم / ثانية) منذ يحصل المنضب مادة التشكيل الشعري أثناء عملية سحب.
      4. محاذاة أصحاب العينة على مراحل خطي طول المحورين الرأسي والأفقي.
      5. محاذاة بعناية كل من CO 2 أشعة الليزر بحيث تستهدف نفس المكان في الفضاء (بين أصحاب العينة). قطعة من ورقة ورقة أو ورقة حساسة للحرارة من المفيد لهذه العملية. لا تنس أن تستخدم لحماية العين السلامة الليزر. لا خفض لعيون مستوى الجدول. استخدام كتل مناسبة شعاع، دخان العادم، والحماية من الحرائق.
      6. حدد المعلمات معقولة لعملية الرسم. على سبيل المثال، المعلمات التالية إنتاج موثوق حجم الشعرية جيدة - 10 ملم / ثانية سرعة سحب، 0.5 ملم / ثانية الأعلاف في سرعة، 3 ثانية وقت التسخين، 4.5 W التسخين القوى لكلا أشعة الليزر، و 5 القوى W التدفئة لكل من الليزر .
      7. التشكيل من خلال سحب قوة الليزر يمكن أن تستخدم للسيطرة على نصف قطرها الشعرية بالطول خلال الموالية الرسمسيس لتشكيل مرنانات "زجاجة". ويرد مثال في الشكل 2D. تحديد معايير التشكيل المناسب: 3 التردد هرتز، 6 و 3 W W للقوى الليزر، ودورة العمل 50٪.
    2. تلفيق مرنانات الميكانيكية ميكروفلويديك
      1. قطع قطعة طويلة بما فيه الكفاية (حوالي 2-4 سم) من السيليكا تنصهر الشعرية بحيث يمكن أن تصل إلى اثنين من أصحاب تعلق على مراحل الترجمة الخطية.
      2. جبل العينة الشعرية على أصحاب مثل هذه العينة أن المنطقة المستهدفة الليزر هو تقريبا في منتصف الشعرية. إعادة ضبط المحاذاة CO 2 الليزر إذا لزم الأمر.
      3. سحب شعري باستخدام المعلمات كما جاء في 1.1.6. أول سخن الشعرية لبضع ثوان (الشكل 2A)، ثم تسحبه مع أو بدون تعديل ليزر (المعلمات في 1.1.7) حسب الحاجة.
      4. إزالة الشعرية رسمها (الشكل 2B) من صاحب العينة. التعامل مع العينة مع القفازات في اثنينسميكة ينتهي فقط، لكي لا يلوث سطح مرنان نظيفة.
      5. تختلف المعلمات سحب الشعيرات الدموية الى افتعال بأقطار مختلفة. القطر الخارجي عادة يختلف من 30 ميكرون إلى 200 ميكرون اعتمادا على سحب الظروف.
    3. تركيب الجهاز ملفقة للاختبار
      1. إعداد الشكل E الزجاج حامل (الشكل 2C). قطع ثلاثة 1 سم × 0.5 سم واحد 3 سم × 0.5 سم قطعة الزجاج من الشرائح الزجاجية. تجميعها في شكل E باستخدام لاصق الزجاج أو superglue.
      2. قطع طول شعري ميكروفلويديك من العينة المسحوبة. وينبغي أن يكون هذا الطول أطول من المسافة بين فرعين الزجاج المجاور على حامل الشكل E.
      3. الغراء الجهاز microcapillary على حامل باستخدام لاصق البصرية حين التأكد من الحفاظ على جزء غير ملوثة معلقة بين فرعين من صاحب الشكل E. علاج لاصقة البصرية مع علاج الأشعة فوق البنفسجية مصدر للضوء LED لمدة 10 ثانية. الارقام 2Cو2D إظهار المنتج النهائي.
      4. إدراج بعناية طرفي مرنان شنت في اثنين من أنابيب البلاستيك أكبر قليلا (مثل 200 ميكرون في القطر الداخلي). الغراء وعلاج الأشعة فوق البنفسجية كلا الطرفين للأنابيب البلاستيك بمادة لاصقة البصرية.
      5. المشبك بنية الشكل E من الثالثة (مجاني) فرع الزجاج إلى جهاز التركيب فرضت للاختبار. عامل الجودة البصرية من مرنان ميكروفلويديك النهائي يعتمد على مدى ومحاذاة الليزر تصنيع وكيف كانت مستويات مستقرة سلطتهم.

    2. الإعداد التجريبية لاختبار الميكانيكية

    1. تصنيع الألياف البصرية مدبب
      1. إعداد وضع الفرقة الاتصالات الألياف البصرية واحد من الطول المطلوب (على سبيل المثال بضعة أقدام). يجب أن يكون الجزء الألياف طويلة بما فيه الكفاية على حد سواء التي تقام في منطقة مستدق ومتصلا الإعداد (الشكل 4). شرح طريقة مستدق هنا هو على غرار ما هو قuggested وتظاهروا في 22.
      2. ربط الجزء الألياف استعداد لبقية الإعداد التجريبية باستخدام أي طريقة مريحة الألياف الربط.
      3. جبل قطاع الألياف تقسم على اثنين من جر الخطية التي تواجه بعضها البعض.
      4. تجريدها من سترة الألياف في وسط الألياف جزء شنت لفضح منطقة الكسوة. هذا هو المكان الذي سوف تكون ملفقة تفتق. تنظيف المنطقة جردت مع الميثانول.
      5. بدوره على الليزر الانضباطي لمعرفة الوقت الحقيقي وانتقال على الذبذبات. تأكد من تعيين المخففات بحيث لا تلف الاستشعار البصرية.
      6. وضع فوهة ضيقة الهيدروجين الموقد الغاز على الفور تحت الجزء unjacketed من الألياف. متابعة جميع إجراءات السلامة الموصى بها عند العمل مع ضغط الغازات القابلة للاشتعال مثل الهيدروجين. ويمكن أيضا أن تستخدم مصادر أخرى "حرق نظيفة" من لهب أو سخانات السيراميك.
      7. قبل تضيء الغاز، وتحقق معدل التدفق بحيث لا يكون اللهب جداكبيرة (لهب 1-2 سم كافية). علما بأن اللهب هي في معظمها غير مرئية ولكن يمكن أن ينظر إليها باعتبارها توهج البرتقالي خافت في غرفة مظلمة. يجب تعيين معدل تدفق الهيدروجين إلى النقطة التي الشعلة مضاءة من شأنها أن تخفف على نحو كاف من الألياف الزجاجية.
      8. تضيء الشعلة. في أقرب وقت اللهب في وضع التشغيل، بدء سحب الألياف باستخدام مراحل الآلية. المناسبة سرعة سحب يعتمد على معدل تدفق غاز الهيدروجين وبالقرب من اللهب. ملاحظة: سوف انتقال العدوى عن طريق الألياف تبدأ في إظهار سلوك التذبذب الزمانية كما سحب لا يزال مستمرا. وهذا يشير إلى عملية المتعدد.
      9. عندما يتوقف السلوك متذبذبة ويظهر إشارة لا تتغير مع مرور الوقت، والتوقف عن سحب وبدوره قبالة الشعلة على الفور. هذا هو عندما يتم الحصول على طريقة واحدة تفتق. التحقق من انتقال العدوى. إذا نقل منخفضة جدا، كرر الإجراء من 2.1.1. مع تعديل معدل تدفق الغاز، وحجم اللهب، واللهب الموقع. في بعض الأحيان، يمكن أن يكون بسبب المحاذاة السيئة في خطوة 2.1.3 نقل منخفضة. أو بسبب contaminatايون من الكسوة عرضة للخطر.
      10. إذا نقل الناتجة من خلال تفتق مرضية، وانتظر بضع دقائق لتهدئة تفتق.
      11. تفقد تفتق تحت المجهر. ل1،550 الطول الموجي التشغيلية نانومتر، وقطر نموذجي من تفتق طريقة واحدة هي بالترتيب من 1-2 ميكرون.
    2. تفتق اقتران لWGR والبحث عن الإشارات الإلكترونية تشير إلى اهتزاز
      1. يمكن أن تتولد إعداد التجربة في التكوين هو موضح في الشكل 3. الاهتزازات الميكانيكية من خلال كل من SBS وRP بواسطة تكوين التجريبية نفسها. من أجل الكشف عن إشارات متناثرة بشكل واضح كما ظهر في حالة من الإصدارات السابقة SBS 4،21، واستخدام دائري بين تفتق والانضباطي الليزر.
      2. قبل تحول على ليزر الأشعة تحت الحمراء الانضباطي، تأكد من تعيين المخففات في مكان بحيث لا تلف الاستشعار البصرية.
      3. تشغيل واستقرار ليزر الأشعة تحت الحمراء الانضباطي. يتم استخدام مولد وظيفة لاكتساح تردد الأشعة تحت الحمراء المدخلاتالليزر.
      4. جبل حامل مرنان على مرحلة nanopositioning. جلب بعناية مرنان مقربة من الألياف مدبب من أجل الحصول على اقتران زائل. كما اجتاحت تردد الليزر، وسوف تظهر الأصداء البصرية والانخفاضات في الإرسال في الذبذبات، كما في الشكل 2B من 22.
      5. ربط الانتاج photodetector إلى محلل الطيف الكهربائية (ESA)، حيث تدخل الزمنية (أي فازت علما) بين ضوء الليزر المدخلات والضوء المتناثرة يمكن ملاحظتها. يحدث هذا التدخل الزماني في وتيرة التذبذب الميكانيكية. وظيفة "عقد الذروة" على محلل الطيف غالبا ما تكون مفيدة في البحث الأولي عن الاهتزازات الميكانيكية.
      6. استخدام أعلى مدخلات الطاقة أثناء تنفيذ البحث الأولية للاهتزازات ميكانيكية، وخصوصا عندما تكون موجودة داخل الجهاز السوائل. ملاحظة: عادة، مدخلات الطاقة في حدود 100 μW إلى الجهاز كافية لإثارة ميكانالاهتزاز كال.
      7. إذا لوحظ التذبذب الميكانيكية، ومحاولة لقفل إلى وضع البصرية ذات الصلة عن طريق إيقاف الفحص تردد الليزر والتحكم في الطول الموجي الليزر في وضع CW. هنا، وكلاهما والذبذبات محلل الطيف هي مفيدة في وقت واحد. تظهر إشارات دورية عن الذبذبات عند وضع الميكانيكية هو الحاضر، كما رأينا في الشكل 5 و 1،6.

    3. قياس الاهتزازات الميكانيكية

    1. توقيع البصرية والإلكترونية للضغط الإشعاع (RP) وسائط
      1. كما هو موضح في 2.2، وسيراعى التذبذبات الميكانيكية عندما تقترن تفتق والجهاز بشكل صحيح، وسائط البصرية والميكانيكية الجهاز لديك ما يكفي من عوامل س، ويتم توفير مدخلات كافية الطاقة الضوئية. إذا التذبذبات في نطاق 10 ميغاهيرتز - لا تراعى 1 غيغاهرتز، محاولة لتغيير الاستقطاب للتحقيق الأصداء المختلفة، أو زيادة مدخلات الطاقة من الليزر الانضباطي لالتغلب على الحد الأدنى للالتذبذب. عند زيادة مدخلات الطاقة، يكون دائما حريصا على عدم تشبع الاستشعار البصرية. أيضا، كما هو موضح في وبعد المسافة اقتران هو عامل رئيسي لإثارة سائط RP مختلفة.
      2. إذا ما زالت لم يلحظ وسائط ميكانيكية، حاول قياس عامل الجودة البصرية. لمرنانات الميكانيكية ميكروفلويديك، تظهر النتائج أن عامل الجودة البصرية من 10 6 غير كافية لإثارة التذبذبات حدودي 13.
        ملاحظة: عادة، سوف سائط RP إظهار التذبذبات الإلكترونية وعلى محلل الطيف يرافقه التوافقيات، وكما رأينا في الشكل 5 ستناقش نتائج الممثل في القسم 4.
      3. استخدام المسح فابري بيرو تداخل أو عالية الدقة محلل الطيف الضوئي للكشف عن الجانب العصابات البصرية التي يتم إنشاؤها بسبب السعة ومرحلة التشكيل، والتي هي بدورها يسببها تشوه تجويف الدورية. قد يكون المثال قياس قالتابعين في الشكل 3H 1.
    2. توقيع البصرية والالكترونية وسائط الصوتية يهمس الرواق
      1. التردد الصوتية من الخلف-SBS للزجاج السيليكا حوالي 11 غيغاهرتز عند استخدام الليزر مضخة 1.5 ميكرون 4،23. استخدام شكل دائري التي تراقب ضوء متناثرة الظهر وبعض كمية صغيرة من مضخة رايلي متناثرة، لمراقبة الاشارات الالكترونية لهذه الأوضاع الذبذبات. استخدام عالية الدقة محلل الطيف الضوئي لحل الضوء المتناثرة. ويرد على قياس سبيل المثال في الشكل 2 من 4.
      2. استخدام فازت علما الضوء المتناثرة بين الأمام والليزر مضخة لمراقبة أدنى تردد (الفرعية 1 غيغاهرتز) وسائط الصوتية يهمس الرواق.
      3. نظرا لصلابة الميكانيكية أقل في الاتجاه التنفس، وإشارة من SBS أضعف أحيانا من إشارة من وسائط RP. مرة أخرى، اكتساح ليزر على سرعة بطيئة، واستخدام "ذروة الانتظار" على SPECTالروم محلل للمساعدة في العثور على إشارة SBS.
      4. لاحظ أنه على عكس طرق التنفس-RP متحمس، متحمس SBS-سائط الصوتية يهمس-معرض لا يحمل التوافقيات في أطياف البصرية والالكترونية (ما لم يأخذ الإثارة تتالي وضع 4،24). بدلا من ذلك فقط يظهر أحد ستوكس الجانبي للطرق SBS.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    الشعيرات الدموية التي تنتجها هذه الطريقة هي رقيقة (بين 30 و 200 ميكرومتر ميكرومتر)، واضحة، ومرنة للغاية، ولكن هي قوية بما فيه الكفاية للتعامل مع المباشرة. فمن المهم لحماية السطح الخارجي للجهاز الشعرية ضد الغبار والماء (الرطوبة) من أجل الحفاظ على عامل الجودة العالية البصرية (س). عن طريق غمس أحد طرفي الشعرية في الماء والهواء تهب من خلال شعري عن طريق حقنة، ويمكن التحقق ما إذا كانت الشعرية من خلال أو ما إذا كانت أغلقت خلال تلفيق بسبب الانهاك.

    ليزر الانضباطي يمكن استخدامها للتحقيق في أوضاع البصرية للجهاز ملفقة من قبل وسائل مدبب الألياف اقتران الدليل الموجي. في هذا الاختبار، ومن المتوقع مشيرا عالية البصرية س عامل الأصداء بصري حاد. مؤشرا إضافيا لارتفاع س عامل هو توسيع الحرارية من وسائط البصرية 25.

    عندما يأخذ-دفعتها RP التذبذب حدودي مكان، هارموني سيتبين CS من وضع الميكانيكية في الطيف الضوئي الحصول على منفذ إخراج الدليل الموجي مدبب. يحدث هذا بسبب عمق التشكيل كبير من السعة ومرحلة التشكيل من الضوء، والناجمة عن الاهتزازات الميكانيكية. وينظر إلى أمثلة من الطيف الكهربائية احظ عادة في الشكل 5A وأيضا في 1. وتتبع الذبذبات للإشارة يسلك السلوك الدوري (الشكل 5B). يمكن التذرع تحليل العناصر المحدودة لنموذج وسائط الميكانيكية للنظام، للتأكد من أن التشكيل البصري المرصودة يتوافق مع تردد eigenmechanical. يتم تحديد أوضاع الميكانيكية مدفوعة SBS بسهولة عن طريق عدم وجود التوافقيات للإشارة الميكانيكية الأساسية، منذ تم إنشاؤها فقط ستوكس لنطاق جانبي واحد 6. تحدث هذه الأوضاع عادة على ترددات أعلى من وسائط RP، على الرغم من الترددات المنخفضة من الممكن كذلك.

    "> الشكل 1
    الشكل 1. تخطيطي لشعري سحب الإعداد. يتم رسمها مرنانات الميكانيكية ميكروفلويديك من التشكيل الشعري أكبر تعلق على مرحلتين الخطية في حين يتم تسخين الزجاج بواسطة الليزر CO 2. يتم محاذاة كل من أشعة الليزر بدقة إلى نفس المكان من الشعيرات الدموية. يشار إلى التحرك بسرعة والاتجاه النسبي للمراحل خطية من السهام. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 2
    الشكل 2. الميكانيكية زجاجة مرنان تلفيق. (أ) التشكيل الشعري هو PUL قاد بسرعة ثابتة في حين يجري تسخينها بواسطة أشعة الليزر CO 2. لاحظ المنطقة متوهجة هو المكان المستهدف الليزر (حيث الحزم تسخين السيليكا). عند الوصول إلى الطول المطلوب وقطر، (ب) وقف مرحلة الحركة الخطية وتحويل أشعة الليزر باتجاه آخر. سحبت الشعرية رقيقة وواضحة ومرنة للغاية. (ج) توظيف بنية الزجاج الشكل E لتركيب جهاز مرنان microcapillary كما هو موضح في القسم 1.3. مرنان زجاجة الميكانيكية جاهز الآن ليتم نقلك إلى الإعداد التجريبية ومتصلا أنابيب من شأنها أن توفر التحاليل. (د) مسح صورة مجهرية الإلكترون من مرنان ملفقة زجاجة الميكانيكية. يمكن أن تختلف دائرة نصف قطرها مرنان وسمك الجدار حسب الحاجة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    ق "> الرقم 3
    ويقترن الرقم 3. تخطيطي لإعداد الاختبار. الخفيفة evanescently في مرنان من خلال الألياف مدبب. ويستخدم الليزر الانضباطي الأشعة تحت الحمراء (1،520-1،570 نانومتر) كمصدر للضوء وعلى ما يرام ضبطها لتتناسب مع وضع البصرية المختار من مرنان. الاهتزازات الميكانيكية دفعتها من الضوء في مرنان قضية التشكيل من ضوء المدخلات على التردد والاهتزاز الميكانيكي. الحقول الكهربائية للمضخة الضوئية وخفيفة متفرقة اهتزاز في الاتجاه إلى الأمام تتداخل زمنيا على photodetector (PD) في نهاية الألياف مدبب. وهكذا ولدت مذكرة ضربات بين اثنين من الإشارات الضوئية من خلال تنبيغ البصرية السلطة إلى الجارية حاليا في photodetector. ويمكن ملاحظة هذا الضرب على محلل الطيف الكهربائية (ESA). ويمكن أيضا مسح تجويف فابري بيرو (إف بي سي) ومحلل الطيف الضوئي (OSA) أن تستخدم رس مراقبة مباشرة العصابات الجانب البصرية التي يتم إنشاؤها بسبب التشكيل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 4
    الشكل 4. ضوء اقتران من الألياف إلى مرنان الصغيرة. بنية الشكل E هي التي شنت فقط فوق الألياف مدبب بحيث يمكن للضوء أن يقترن evanescently في مرنانات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 5
    الرقم 5. ز> النتائج الممثل (أ) هو متحمس لوضع ميكانيكية التنفس في 24.94 ميغاهيرتز في microcapillary بواسطة ضغط الإشعاع الطرد المركزي التي كتبها ضوء تعميم في وضع البصرية. التشكيل من ضوء المدخلات من قبل هذا الاهتزاز الميكانيكي يمكن ملاحظتها على محلل الطيف الكهربائية من خلال الجيل فوز، علما على photodetector وضعت في الاتجاه إلى الأمام ونثر (انظر الشكل 3). (ب) تتبع الذبذبات من إشارة خرج photodetector (السلطة تنتقل أي) يدل على تدخل الزمنية الدورية للضوء المدخلات والضوء المتناثرة. (ج) محاكاة عنصر محدود لوضع التنفس المقابلة يؤكد أن التشكيل البصري المرصودة يتوافق مع تردد eigenmechanical. الألوان تمثل تشوه وشرائح المحاكاة الشعرية في منتصف لعرضها.s.jpg و"الهدف =" _blank "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 6
    الرقم 6. ويقدم تردد الميكانيكية بوصفها وظيفة من كثافة السوائل. يتم قياس الوضع الميكانيكي نفسه على نفس الجهاز مع تركيزات مختلفة من حلول السكروز الحاضر في الداخل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    لقد ملفقة واختبار الجهاز الجديد الذي يسد التجويف بين optomechanics وعلى microfluidics من خلال توظيف الأصداء البصرية عالية-Q لإثارة (واستجواب) الاهتزازات الميكانيكية. فمن المستغرب أن آليات الإثارة متعددة متوفرة في نفس الجهاز، والتي تولد مجموعة متنوعة من وسائط الذبذبات الميكانيكية بمعدلات تمتد إلى 2 ميغاهرتز 11،300 ميغاهيرتز. ضغط الإشعاع الطرد المركزي يدعم كل من وسائط كأس للخمر وسائط التنفس في فترة 2-200 ميغاهيرتز، حفزت إلى الأمام بريلوين نثر يسمح سائط معرض يهمس الميكانيكية في مجموعة 50-1،500 ميغاهيرتز، وأخيرا، حفز الوراء نثر بريلوين يثير الميكانيكية وسائط معرض يهمس بالقرب 11،000 ميغاهرتز .

    الطرق التي تم وصفها في العمل الحالي تمكين تلفيق هذه مرنانات ميكروفلويديك مع عوامل الجودة البصرية عالية جدا من حوالي 10 8. وفي الوقت نفسه، منذ تقتصر السوائل الآن داخل الجهاز، وميلانوجلبت الخسائر oustic تحت السيطرة والجهاز قادر على الحفاظ على عامل الجودة العالية الميكانيكية أيضا. مع هذه المنصة، لقد أثبتنا أن التغييرات كثافة السوائل الموجودة داخل الجهاز يمكن قياس (الشكل 6). من أجل فهم كامل للاقتران البصريات والميكانيكية فلويديك التي تمكن هذا، سوف تنطوي على العمل في المستقبل النمذجة multiphysical من الجهاز.

    هناك عدد قليل من التحديات العملية المرتبطة بهذا الأسلوب تلفيق. على سبيل المثال، يجب أن تكون المواد الشعرية امتصاص جيد لل10.6 ميكرون CO 2 الإشعاع الليزر بحيث يمكن أن تصل الحرارة بما فيه الكفاية لعملية سحب لتأخذ مكان. في هذا الصدد، والمواد التي تم اختبارها لتصنيع الشعرية هي السيليكا والكوارتز. علاوة على ذلك، وأملت التماثل الدائري من الشعرية التي كتبها في ميزان القوى النسبي بين اثنين من أشعة الليزر التي تستخدم خلال خطوة الانسحاب، وموقع كابيلاراي في المنطقة المستهدفة الليزر. منذ التماثل الدائري الجهاز هو مفتاح للحفاظ على المعلمة عالية البصرية والميكانيكية عامل الجودة، اختلالها من التشكيل الشعري في المنطقة المستهدفة ليزر CO 2 قبل سحب أو أثناء سحب يمكن أن يكون مصدر قلق ويجب الحرص على إبقاء هذا تحت السيطرة.

    من ناحية أخرى، وهذه الطريقة تلفيق يوفر الكثير من المرونة في تصنيع الميكانيكية مرنانات الشعرية القائمة على السيليكا. عن طريق تحوير قوة الليزر CO وقطر الشعرية يمكن أن تختلف بسهولة تامة لتناسب التطبيق. على التباعد بين الطلب مرنانات زجاجة المجاورة هو ممكن بفضل درجة عالية من السيطرة على جهاز الكمبيوتر. أخيرا، والسيطرة على معدل سحب ومعدل "تغذية في" من التشكيل الشعري يوفر مقبض سهلة للسيطرة على قطر الشعيرات الدموية.

    في الختام، ومنصة القائمة على السيليكا microcapillary كما هو موضح هومنخفضة التكلفة، ونظام البصرية والميكانيكية عالية الأداء التي يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من الدراسات مع المواد غير الصلبة مرحلة، بما في ذلك superfluids، والتحاليل الحيوية مثل الخلايا الحية. ويمكن لهذه الأجهزة بالإضافة إلى الاستفادة من مجموعة كبيرة جدا من الأدب على سطح الموجة الصوتية الاستشعار من الغازات والسوائل. ونتيجة لذلك، وهذا هو عبارة عن تقنية مواتية لتطبيقات الاستشعار البصرية.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Tunable IR laser Newfocus TLB-6328
    Photodetectors Newfocus 1811-FC (Low speed 125MHz) / 1611-FC-AC (High speed 1GHz)
    Optical fiber Corning SMF28
    Silica capillary PolyMicro TSP700850
    10.6 um wavelength CO2 laser Synrad 48-1KWM and 48-2KWM
    UV-curing optical adhesive Thorlabs NOA81
    Tubing Tygon EW-06418-01
    Syringes B-D YO-07940-12
    Needles Weller KDS201P
    Electrical spectrum analyzer Agilent Technologies N9010A (EXA Signal Analyzer)
    Electrical spectrum analyzer Tektronix 6114A (RSA, Real-time spectrum analyzer)
    Optical spectrum analyzer Advantest Q8384
    Oscilloscope Tektronix DPO 4104B-L
    Gold mirrors II-VI Infrared 836627
    Linear stage (slow) DryLin H1W1150
    Linear stage (fast) PBC Linear MTB055D-0902-14F12
    Fabry Perot optical spectrum analyser Thorlabs SA 200-14A (FSR: 1.5 GHz)

    References

    1. Carmon, T., Rokhsari, H., Yang, L., Kippenberg, T., Vahala, K. Temporal Behavior of Radiation-Pressure-Induced Vibrations of an Optical Microcavity Phonon Mode. Physical Review Letters. 94, (22), (2005).
    2. Rokhsari, H., Kippenberg, T., Carmon, T., Vahala, K. J. Radiation-pressure-driven micro-mechanical oscillator. Optics Express. 13, (14), 5293-5301 (2005).
    3. Kippenberg, T. J., Rokhsari, H., Carmon, T., Scherer, A., Vahala, K. J. Analysis of Radiation-Pressure Induced Mechanical Oscillation of an Optical Microcavity. Physical Review Letters. 95, (3), 033901 (2005).
    4. Tomes, M., Carmon, T. Photonic Micro-Electromechanical Systems Vibrating at X-band (11-GHz) Rates. Physical Review Letters. 102, (11), (2009).
    5. Grudinin, I. S., Matsko, A. B., Maleki, L. Brillouin lasing with a CaF2 whispering gallery mode resonator. Physical Review Letters. 102, (4), 043902 (2009).
    6. Bahl, G., Zehnpfennig, J., Tomes, M., Carmon, T. Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice. Nature Communications. 2, (403), (2011).
    7. Dainese, P., Russell, Stimulated Brillouin scattering from multi-GHz-guided acoustic phonons in nanostructured photonic crystal fibres. Nature Physics. 2, (6), 388-392 (2006).
    8. Carmon, T., Cross, M. C., Vahala, K. J. Chaotic Quivering of Micron-Scaled On-Chip Resonators Excited by Centrifugal Optical Pressure. Physical Review Letters. 98, (16), 167-203 (2007).
    9. Armani, D., Min, B., Martin, A., Vahala, K. J. Electrical thermo-optic tuning of ultrahigh-Q microtoroid resonators. Applied Physics Letters. 85, (22), 5439-5441 (2004).
    10. Savchenkov, A. A., Matsko, A. B., Ilchenko, V. S., Seidel, D., Maleki, L. Surface acoustic wave opto-mechanical oscillator and frequency comb generator. Optics Letters. 36, (17), 3338-3340 (2011).
    11. Bahl, G., Tomes, M., Marquardt, F., Carmon, T. Observation of spontaneous Brillouin cooling. Nature Physics. 8, (3), 203-207 (2012).
    12. Bahl, G., Kim, K. H., Lee, W., Liu, J., Fan, X., Carmon, T. Brillouin cavity optomechanics with microfluidic devices. Nature Communications. 4, (1994), (1994).
    13. Kim, K. H., et al. Cavity optomechanics on a microfluidic resonator with water and viscous liquids. Light: Science and Applications. available: http://arxiv.org/abs/1205.5477 (2013).
    14. Sumetsky, M., Dulashko, Y., Windeler, R. S. Optical microbubble resonator. Optics Letters. 35, (7), 898-900 (2010).
    15. Lee, W., et al. A quasi-droplet optofluidic ring resonator laser using a micro-bubble. Applied Physics Letters. 99, (9), 091102-091103 (2011).
    16. Junge, C., Nickel, S., O’Shea, D., Rauschenbeutel, A. Bottle microresonator with actively stabilized evanescent coupling. Optics Letters. 36, (17), 3488-3490 (2011).
    17. Bahl, G., Fan, X., Carmon, T. Acoustic whispering-gallery modes in optomechanical shells. New Journal of Physics. 14, (11), 115026 (2012).
    18. Cai, M., Painter, O., Vahala, K. Observation of Critical Coupling in a Fiber Taper to a Silica-Microsphere Whispering-Gallery Mode System. Physical Review Letters. 85, (1), 74-77 (2000).
    19. Burg, T. P., Manalis, S. R. Suspended microchannel resonators for biomolecular detection. Applied Physics Letters. 83, (13), 2698-2610 (2003).
    20. Burg, T. P., et al. Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fluid. Nature. 446, (7139), 1066-1069 (2007).
    21. Li, J., Lee, H., Chen, T., Vahala, K. J. Characterization of a high coherence, Brillouin microcavity laser on silicon. Optics Express. 20, (18), (2012).
    22. Knight, J. C., Cheung, G., Jacques, F., Birks, T. A. Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper. Opt. Lett. 22, (15), 1129-1131 (1997).
    23. Boyd, R. W. Nonlinear Optics. Acad. Press. (2003).
    24. Li, J., Lee, H., Vahala, K. J. Microwave synthesizer using an on-chip Brillouin oscillator. Nature Communications. 4, (2097), (2013).
    25. Carmon, T., Yang, L., Vahala, K. Dynamical thermal behavior and thermal self-stability of microcavities. Optics Express. 12, (20), 4742-4750 (2004).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter