Automatic Translation

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

 JoVE Engineering

Fabrikasjon og testing av Microfluidic optomekaniske oscillatorer

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

    Hulrom optomechanics eksperimenter som parametrisk par de fonon moduser og fotonmoduser har blitt undersøkt i ulike optiske systemer, inkludert microresonators. Men på grunn av den økte akustiske strålings tap i direkte flytende nedsenking av optomekaniske enheter, nesten alle publiserte optomekaniske Forsøkene er utført i fast fase. Artikkelen diskuterer en nylig innført hul microfluidic optomekaniske resonator. Detaljert metodikk er gitt for å dikte disse ultra-high-Q microfluidic resonatorer, utføre optomekaniske testing, og måle stråling press-drevet puste modus og SBS-drevet whispering gallery modusparametriske vibrasjoner. Ved å avgrense væsker inne i kapillær resonator, er høy mekanisk-og optisk kvalitet faktorer samtidig opprettholdes.

    Introduction

    Hulrom optomechanics studerer para kopling mellom fonon moduser og foton moduser i microresonators ved hjelp av stråling press (RP) 1-3 og stimulert Brillouin spredning (SBS) 4-6. SBS og RP mekanismer har blitt vist i mange forskjellige optiske systemer, som for eksempel fibre 7, mikrokulene, 4,6,8 toroider 1,9 og krystallinske resonatorer 5,10. Gjennom dette foton-fonon kopling, både kjøling 11 og eksitasjon 6,10 mekaniske modi er blitt demonstrert. Men nesten alle rapporterte optomechanics eksperimenter er med faste faser av saken. Dette er fordi direkte væske neddykking av optomekaniske enheter resulterer i sterkt økt strålings akustisk tap på grunn av den høyere impedansen av væsker sammenlignet mot luft. I tillegg, i enkelte situasjoner dissipative tapsmekanismene i væsker kan overskride strålings akustiske tap.

    Recently, ble en ny type hul optomekaniske oscillator med en microcapillary geometri innført 12-15, og som ved design er utstyrt for microfluidic eksperimenter. Diameteren på denne kapillær er modulert langs sin lengde for å danne flere 'flaske resonatorer' som samtidig begrense optiske whispering-gallery resonanser 16 samt mekaniske resonansmodi 17. Flere familier av mekaniske resonansmodi delta, inkludert pustemoduser, vin-glass moduser, og whispering-gallery akustiske modi. Vin-glass (stående bølge) og whispering-gallery akustisk (reise-bølge) resonanser dannes når en vibrasjon med heltall multiplum av akustiske bølgelengder oppstår rundt enheten omkrets. Lys blir evanescently koplet inn i den optiske hviske-galleri måter disse "flasker" ved hjelp av en konisk optisk fiber 18.. Innesperring av væsken inne 19,20 kapillær resonator, sommotsetning til utenfor det, gir høy mekanisk-og optisk kvalitet faktorer samtidig, noe som gjør at den optiske eksitasjon av mekaniske modusene ved hjelp av både RP og SBS. Som det har blitt vist, er disse mekaniske eksitasjoner er i stand til å trenge inn i væsken inne i enheten 12,13, danner en delt faststoff-væske-resonansmodus og muliggjør en opto-mekanisk grensesnitt til fluidic miljøet innenfor.

    I denne artikkelen beskriver vi fabrikasjon, RP og SBS aktivering, og representative måleresultater for denne romanen optomekaniske system. Spesifikke materielle og verktøylister er også gitt.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Protocol

    En. Fabrikasjon av Ultra-high-Q Microfluidic Resonators

    1. Utarbeidelse av kapillær produksjon oppsett
      1. Dikte microfluidic optomekaniske resonator på følgende måte -. Varm et glass kapillær emne med ca 10 W av CO 2-laser stråling på 10,6 mikron bølgelengde, og trekke ut det oppvarmede kapillær lineært ved hjelp av motoriserte oversettelse etapper Figur 1 viser arrangement av den lineære oversettelse faser, lasere og plasseringen av kapillær preform før trekkprosessen.
      2. Program egnet automatisering programvare for å samtidig kontrollere de to CO 2 lasere (for oppvarming) og de ​​to lineære stadier. De to lineære trinn utfører tegningen fremgangsmåte for laseroppvarmet kapillar.
      3. En av de lineære fasene må være rask (f.eks 5 mm / sek) for den lineære trekkeprosess. Strøm inn mer materiale til varmesonen med den andre, langsommere lineære stadium(For eksempel 0,5 mm / sek) siden kapillær preform materialet blir utarmet under trekkprosessen.
      4. Juster prøven holdere på de lineære stadier langs både vertikale og horisontale akser.
      5. Forsiktig justere både CO 2 laserstråler slik at de målrette samme sted i verdensrommet (mellom prøven holdere). En del av kortet papir eller varmefølsomt papir er nyttige for denne prosessen. Ikke glem å bruke vernebriller for lasersikkerhet. Ikke senk øynene til tabellnivå. Bruk egnede bjelke blokker, røyk eksos, og brannvern.
      6. Velg rimelige parametere for tegneprosessen. For eksempel har de følgende parametere pålitelig produsere en god kapillær størrelse - 10 mm / sek hivefart, 0,5 mm / sek matehastighets, 3 sek forvarmingstid, 4,5 W forvarming krefter for både lasere, og 5 W varme krefter for begge lasere .
      7. Modulering av lasereffekten under trekking kan benyttes til å styre kapillær radius på langs under trekke prosessen for å danne den "flaske" resonatorer. Et eksempel er vist på figur 2d. Velg de riktige modulasjonsparametere: 3 Hz frekvens, 6 W og 3 W for laser krefter, og 50% driftssyklus.
    2. Fabrikasjon av microfluidic optomekaniske resonatorer
      1. Skjær en tilstrekkelig lang segment (ca. 2-4 cm) av kapillarrøret av smeltet silisiumdioksyd slik at det kan nå de to holderne er festet til de lineære oversettings stadier.
      2. Monter kapillær prøven på prøveholdere, slik at laseren målsonen er omtrent i midten av kapillarrøret. Omstille CO 2 laser justering om nødvendig.
      3. Trekk kapillær ved hjelp av parametrene som angitt i 1.1.6. Først forvarme kapillær for noen få sekunder (figur 2a), og deretter trekke den med eller uten laser modulering (parametre i 1.1.7) etter behov.
      4. Fjern trukket kapillær (Figur 2b) fra prøven holderen. Håndter prøven med hansker på de totykke ender bare, for ikke å forurense det rene resonator overflate.
      5. Varier trekke parametere for å dikte kapillærer med ulik diameter. Vanligvis ytre diameter varierer fra 30 pm til 200 um, avhengig av trekke betingelser.
    3. Montering av fabrikkert enhet for testing
      1. Forbered en E form glassholderen (figur 2c). Skjær tre 1 cm x 0,5 cm og en 3 cm x 0,5 cm glass stykker fra glassplater. Sette dem sammen til en E form ved hjelp av glass lim eller superlim.
      2. Klipp en lengde av microfluidic kapillær ut på teikne prøven. Denne lengden bør være lenger enn avstanden mellom to tilstøtende glass grener på E formen holder.
      3. Lim microcapillary enhet på holderen ved hjelp av optisk lim samtidig sørge for å holde en del hengende upåvirket mellom to grener av E formen holder. Kurere den optiske limet med en LED UV herding lyskilde for 10 sek. Tall 2cog 2d viser det ferdige produkt.
      4. Sett forsiktig begge ender av den monterte resonatoren i to litt større plastrørene (for eksempel 200 mikrometer i indre diameter). Lim og UV kur begge ender til plastrør med optisk lim.
      5. Klem E formen strukturen fra den tredje (gratis) glass gren til en klamret monteringsenhet for testing. Den optiske kvaliteten faktor på den endelige microfluidic resonator avhenger av hvor godt de fabrikasjon lasere ble justert og hvor stabil deres effektnivåer var.

    2. Forsøksoppsett for optomekaniske Testing

    1. Fabrikasjon av koniske optiske fiberen
      1. Forbered en enkel modus telecom-band optisk fiber av ønsket lengde (f.eks et par meter). Fiber segment bør være lang nok til å være både montert i den koniske, med forbindelse til oppsettet (figur 4). Den avsmalnende metoden forklart her er likt det som er suggested og demonstrert i 22.
      2. Koble fremstilt fiber-segmentet til resten av det eksperimentelle oppsettet ved hjelp av en passende fiber-skjøtemetode.
      3. Monter skjøtes fibersegmentet på to lineære avtrekkere som står overfor hverandre.
      4. Strip av fiber jakken i sentrum av det monterte fiber-fragmentet for å eksponere cladding-område. Det er der taper vil bli fabrikert. Rengjør strippet område med metanol.
      5. Slå på tunbare laser for å se sanntidsoverføring på et oscilloskop. Sørg for å sette attenuators slik at photodetectors ikke er skadet.
      6. Plasser en trang dyse hydrogengass brenner umiddelbart under det forete parti av fiberen. Følg alle anbefalte sikkerhetsprosedyrer når du arbeider med trykkbrennbare gasser som hydrogen. Andre "rentbrennende" kilder flamme eller keramiske ovner kan også brukes.
      7. Før du tenner opp gassen, sjekk strømningshastigheten slik at flammen ikke vil være forstore (en 1-2 cm høy flamme er tilstrekkelig). Legg merke til at flammen er stort sett usynlig, men kan ses på som en svak oransje glød i et mørkt rom. Hydrogenstrømningshastighet bør settes til et punkt hvor tent flammen vil tilstrekkelig bløt glassfiber.
      8. Lys opp flammen. Så snart flammen er på, begynne å trekke fiberen ved hjelp av motoriserte trinn. Hensiktsmessig hivefart avhenger av strømningshastigheten av hydrogengass og nærhet av flammen. MERK: Overføring via fiber vil begynne å vise tidsmessige svingning atferd som trekker fortsetter. Dette indikerer multimode drift.
      9. Når oscillasjon oppførsel stopper og viser en uforanderlig signal over tid, slutte å dra og turn-off flammen umiddelbart. Dette er da av enkeltmodus avsmalningen er oppnådd. Sjekk overføringen. Hvis sendingen er for lav, gjenta prosedyren fra 2.1.1. med modifisert gasstrømningshastigheten, flammehøyde, og flamme sted. Noen ganger kan lav sende være på grunn av dårlig justering på trinn 2.1.3. eller på grunn av forurensedeion av de eksponerte kledning.
      10. Hvis resulterende overføring gjennom taper er tilfredsstillende, vente noen minutter for å kjøle ned den taper.
      11. Inspiser taper under et mikroskop. For 1550 nm operativ bølgelengde, er typisk diameter av enkeltmodus taper i størrelsesorden 1-2 mikrometer.
    2. Taper-kopling til WGR og søker etter elektroniske signaler som indikerer vibrasjon
      1. Sett opp forsøket i konfigurasjonen vist i figur 3.. Mekaniske vibrasjoner kan genereres gjennom både SBS og RP ved den samme eksperimentelle konfigurasjonen. For å tydelig påvise tilbake-spredte signaler som i tilfellet med bakover SBS 4,21 bruke en sirkulasjonspumpe mellom konus og avstembar laser.
      2. Før du slår på tunbare IR laser, sørg for å sette attenuators på plass slik at photodetectors ikke er skadet.
      3. Slå på og stabilisere tunbare IR laser. En funksjonsgenerator brukes til å feie frekvensen til inngangs IRlaser.
      4. Monter resonator holderen på en nanopositioning scenen. Bringer resonatoren i nærheten av den koniske fiberen forsiktig for å oppnå flyktig kopling. Ettersom laser frekvensen sveipes, vil optiske resonanser vises som fall i overførings i oscilloskop, som i figur 2b 22 år.
      5. Koble fotodetektorutgangen til en elektrisk spektralanalysator (ESA), hvor den tidsmessige forstyrrelser (for eksempel slag note) mellom inngangs laser lys og spredt lys kan observeres. Denne tidsmessige forstyrrelser opptrer ved den mekaniske svingning frekvens. Den "peak hold"-funksjonen på spektrum analysator er ofte nyttig i det første søket for mekaniske vibrasjoner.
      6. Bruk høyere inngangseffekt mens du utfører det første søket for mekanisk vibrasjon, spesielt når væsker er tilstede inne i enheten. MERK: Vanligvis er tilstrekkelig til å eksitere mechan inngangseffekt i størrelsesorden 100 μW til enhetenical vibrasjon.
      7. Ved mekaniske svingninger er observert, forsøker å låse den aktuelle optiske modus ved å slå av lasersfrekvensskanning og kontrollere laser-bølgelengden i CW modusen. Her, som begge oscilloskop og spektralanalysator er nyttige i tandem. Periodiske signaler som vises på oscilloskopet når en mekanisk modus er til stede, som vist i figur 5 og 1,6.

    Tre. Måling optomekaniske Vibrations

    1. Optisk og elektronisk signatur av stråling press (RP) moduser
      1. Som beskrevet i 2.2, vil mekaniske svingninger observeres når den taper og enheten er riktig koblet, enheten optiske og mekaniske modi har tilstrekkelige Q-faktorer, og tilstrekkelig inngang optisk effekt er gitt. Ved svingninger i området 10 MHz - 1 GHz ikke overholdes, forsøk på å endre polarisasjonen for å undersøke forskjellige resonanser, eller øke inngangseffekt fra avstembar laser for å kunnevinne minimum terskel for pendling. Når man øker strømtilførselen, skal alltid være forsiktig med å mette photodetectors. Også, som beskrevet i 8, er kopling avstand en nøkkelfaktor for spennende forskjellige RP moduser.
      2. Dersom funksjonsmodi er fortsatt ikke observert, prøve å måle optisk kvalitet faktor. For microfluidic optomekaniske resonatorer, viser resultatene at optisk kvalitetsfaktor på 10 6 er tilstrekkelig til å eksitere para oscillasjoner 13.
        MERK: Vanligvis vil RP moduser manifestere seg som elektroniske svingninger på spektrum analysator sammen med sine harmoniske, som vist i figur 5 Representative resultater vil bli diskutert i kapittel 4..
      3. Bruk et scanning Fabry-Perot-interferometer-eller høy oppløsning optisk spektrumanalysator for å detektere de optiske sidebånd som er generert på grunn av amplitude-og fasemodulasjon, noe som i sin tur er indusert av den periodiske hulrom deformasjon. Et eksempel kan være måling seen i figur 3t av en.
    2. Optisk og elektronisk signatur av hviske-gallery akustiske modi
      1. Den akustiske frekvensen for bakover SBS for silisiumdioksyd glass er omtrent 11 GHz når en 1,5 mikron pumpe laser brukes 4,23. Bruk en sirkulator som overvåker tilbake-spredte lyset og en liten mengde av Rayleigh-spredt pumpe, for å observere elektroniske signaler for disse vibrasjonsmodi. Bruk en høy oppløsning optisk spektrum analysator for å løse spredt lys. Et eksempel på måling er vist i figur 2 av 4.
      2. Bruk beat notat mellom forover spredt lys og pumpen laser å observere lavere frekvens (sub-1 GHz) whispering-gallery akustiske modi.
      3. På grunn av den lavere mekaniske stivhet i puste retning, er signalet fra SBS noen ganger svakere enn signalet fra RP-modi. Igjen, sveip laseren i sakte fart, og bruke "peak hold" på SPECTrum analysator for å hjelpe med å finne den SBS-signalet.
      4. Legg merke til at i motsetning til RP-spent pustemoduser, gjør SBS-spente hviskende-gallery akustiske modi ikke fremvise harmoniske i den optiske og elektroniske spektra (med mindre kaskade eksitasjon foregår 4,24). I stedet bare ett Stokes sidebåndet vises for SBS moduser.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    De kapillærer som produseres ved denne metode er tynne (mellom 30 mikrometer og 200 mikrometer), klar og meget fleksibel, men er tilstrekkelig robust for direkte håndtering. Det er viktig å beskytte den ytre overflate av kapillær-enheten mot støv og vann (fuktighet) for å opprettholde en høy optisk kvalitetsfaktor (Q). Ved å dyppe den ene ende av kapillarrøret i vann og å blåse luft gjennom kapillarrøret ved hjelp av en sprøyte, kan det kontrolleres at kapillarrøret er gjennom eller om det ble forseglet under fremstilling på grunn av overoppheting.

    En avstembar laser kan anvendes for å undersøke de optiske modiene i den fabrikerte enhet ved hjelp av koniske fiberbølgelederkoblingen. I denne testen blir skarpe optiske resonanser forventet indikerer høy optisk Q-faktor. En ytterligere indikasjon på høy Q-faktor er den termiske utvidelse av de optiske modiene 25.

    Når RP-aktiverte para svingning foregår, harmoni cs av ​​den mekaniske modus vil bli sett i det optiske spekteret erholdt på utgang av den koniske bølgelederen. Dette skjer på grunn av det store modulasjonsdybde av amplitude-og fasemodulering av lyset, forårsaket av mekaniske vibrasjoner. Eksempler på typisk observert elektrisk spektrum er sett i figur 5a og også i en. Et oscilloskop spor av signalet oppviser periodisk oppførsel (figur 5b). Finite element analyse kan påberopes å modellere mekaniske moduser av systemet, for å få bekreftet at den observerte optiske module tilsvarer en eigenmechanical frekvens. SBS drevne funksjonsmodi kan lett identifiseres ved fravær av harmoniske av den grunnleggende mekaniske signal, siden bare en enkelt Stokes sidebånd genereres 6.. Disse modusene vanligvis forekommer ved høyere frekvenser enn RP modi, men lave frekvenser er mulige i tillegg.

    "> Figur 1
    Figur 1. Skjematisk av kapillær trekke oppsettet. Microfluidic optomekaniske resonatorer er hentet fra en større kapillær preform festet til to lineære stadier mens glasset varmes opp av den CO 2-laser. Begge laserstråler er nøye justert til samme sted av kapillær. Flytte retning og relative hastigheter på de lineære stadier er indikert med pilene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Fig. 2
    Figur 2. Optomekaniske flasken resonator fabrikasjon. (A) Den kapillære preform er pul ført med en konstant hastighet mens blir oppvarmet ved hjelp av CO 2 laser-stråling. Legg merke til den glødende regionen er laser target spot (der bjelkene varme silika). Når den ønskede lengde og diameter er oppnådd, (b) stopper den lineære fasen bevegelse og slår lasere av. Det trekkes kapillær er tynn, klar, og veldig fleksibel. (C) Benytte en E form glass struktur for å montere microcapillary resonator-enheten som beskrevet i avsnitt 1.3. Den optomekaniske flasken resonator er nå klar til å bli ført til det eksperimentelle oppsettet, og koplet til rør som vil gi analytter. (D) Scanning elektronmikroskop på fabrikkerte optomekaniske flaske resonator. Resonator radius og veggtykkelse kan varieres etter behov. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    s "> Figur 3
    Fig. 3. Skjematisk av testoppsettet. Lyset evanescently koplet inn i resonatoren gjennom et konisk fiber. En avstembar laser IR (1,520-1,570 nm) benyttes som lyskilde, og er finjusteres for å samsvare med en valgt optisk modus for resonatoren. Mekaniske vibrasjoner aktiveres av lys i resonatoren årsaken modulering av inngangslyset ved den mekaniske vibrasjonsfrekvens. De elektriske felt av den optiske pumpe-og vibrasjons spredt lys i retning forover forstyrre temporært på fotodetektoren (PD) ved enden av den koniske fiberen. En takt noten mellom de to optiske signaler blir således generert gjennom det optiske effekt-til-strømoverføring som finner sted i fotodetektoren. Dette juling kan observeres på en elektrisk spektrum analysator (ESA). En scanning Fabry-Perot-hulrom (FPC) og optisk spektralanalysator (OSA) kan også brukes to direkte observere de optiske side band som genereres på grunn av modulering. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 4
    Figur 4. Coupling lys fra en fiber til mikro resonator. E form struktur er montert like over den koniske fiber, slik at lys kan evanescently koblet inn i resonatorer. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 5
    Figur 5. g> Representative resultater. (a) En puste mekaniske modus på 24.94 MHz i microcapillary blir eksitert ved sentrifugal-stråletrykket ved lys som sirkulerer i en optisk modus. Modulering av inngangslyset ved denne mekaniske vibrasjon er observerbar for en elektrisk spektrumanalysator gjennom kryss-note generering på en fotodetektor plassert i den forover-spredning retning (se figur 3). (B) Et oscilloskop spor av fotodetektorutgangssignalet (dvs. utsendte effekt) viser den periodiske tidsmessige forstyrrelser av inngangs lys og spredt lys. (C) Element simulering for den tilsvarende pustemodus bekrefter at den observerte optiske modulering tilsvarer en eigenmechanical frekvens. Fargene representerer deformasjon og simuleringen er skiver på kapillær midtpunktet for presentasjon.s.jpg "target =" _blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 6
    Figur 6. Den mekaniske frekvens er presentert som en funksjon av fluidets tetthet. Den samme mekaniske modus blir målt på den samme enhet med forskjellige konsentrasjoner av sukrose-løsninger som finnes på innsiden. Trykk her for å vise en større versjon av denne figuren.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Vi har fabrikkert og testet en ny enhet som bygger bro mellom hulrom optomechanics og MicroFluidics ved å bruke høy-Q optiske resonanser å opphisse (og avhøre) mekanisk vibrasjon. Det er overraskende at flere eksitasjon mekanismer er tilgjengelig i samme enhet, som genererer en rekke mekaniske vibrasjons moduser til priser som spenner over to MHz til 11 300 MHz. Sentrifugal stråling press støtter både wineglass moduser og pustemoduser i 2-200 MHz span, Forward stimulert Brillouin spredning tillater mekanisk hviskende gallery moduser i 50-1,500 MHz-området, og til slutt, begeistrer bakover stimulert Brillouin spredning mekaniske hviskende gallery moduser nær 11 000 MHz .

    De fremgangsmåter som er beskrevet i den aktuelle jobb muliggjøre fabrikasjon av disse microfluidic resonatorer med ultra-høy optisk kvalitetsfaktorer på ca 10 8. Samtidig, ettersom væske blir nå begrenset innenfor anordningen, acoustic tap er brakt under kontroll og at enheten er i stand til å opprettholde en høy mekanisk kvalitet faktor i tillegg. Med denne plattformen, har vi demonstrert at de tetthetsendringer i et fluid som inneholdes i enheten kan bli målt (figur 6). For å fullt ut forstå opto-mekano-fluidic kopling som gjør dette, vil det videre arbeidet involvere multiphysical modellering av enheten.

    Det er noen praktiske utfordringer knyttet til dette fabrikasjon metoden. For eksempel må det kapillær-materialet være et godt absorber for 10,6 mikrometer CO 2 laser-stråling, slik at det kan varmes opp i tilstrekkelig grad for å trekke prosessen skal foregå. I denne forbindelse, de materialene som har blitt testet for kapillær fabrikasjon er silika og kvarts. Videre er den sirkulære symmetri i kapillær diktert av den relative strømbalanse mellom de to lasere som benyttes under trekking trinnet, og ved plassering av capillary i laser målsonen. Siden den sirkulær symmetri av enheten er en viktig parameter for å opprettholde høy optisk og mekanisk kvalitet faktor, forskyvning av kapillær emnet i CO 2-laser målsonen før du trekker eller under trekking kan være en bekymring og omsorg må tas for å holde dette under kontroll.

    På den annen side gir denne fremstillingsmetode stor fleksibilitet ved fremstilling av silikabaserte optomekaniske kapillære resonatorer. Ved å modulere CO 2-laser makt, kan diameteren kapillær varieres ganske enkelt avhengig av applikasjon. På forespørsel avstanden mellom tilstøtende flaske resonatorer er mulig takket være den høye graden av datastyring. Endelig sørger for kontroll av graden av trekking og frekvensen av "strøm på" av kapillar preform et enkelt knott for styring av diameteren kapillarrøret.

    Som konklusjon, er det silikabaserte microcapillary plattform som beskreveten lav pris, høy-ytelse Opto-system som kan brukes til en rekke studier med ikke-fastfase-materialer, inkludert superfluids, og bio-analytter slik som levende celler. Disse enhetene kan i tillegg utnytte den meget stor litteratur på overflaten akustisk bølge sensing av gasser og væsker. Som et resultat av dette er en slik teknologi for optisk føler anvendelser.

    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