Automatic Translation

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

 JoVE Engineering

Fabrikation og Test af Mikrofluidenheder 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

    Cavity optomechanics eksperimenter, parametrisk koble fononmodi og foton modes er blevet undersøgt i forskellige optiske systemer, herunder microresonators. Men på grund af den øgede akustiske strålingsegenskaber tab i direkte flydende nedsænkning af optomekaniske enheder, næsten alle offentliggjorte optomekaniske eksperimenter er blevet udført i fast fase. Denne artikel diskuterer en nylig indført hul mikrofluid optomekaniske resonator. Detaljeret metode er forudsat at fabrikere disse ultra-high-Q microfluidic resonatorer, udføre optomekaniske test og måle stråling trykdrevne vejrtrækning mode og SBS-drevne hviskegallerimodus parametriske vibrationer. Ved at holde væsker inde i kapillære resonator, er de høje mekanisk og optisk kvalitet faktorer samtidig opretholdes.

    Introduction

    Cavity optomechanics studerer den parametriske kobling mellem fononmodi og foton tilstande i microresonators ved hjælp af stråling pres (RP) 1-3 og stimuleret Brillouin spredning (SBS) 4-6. SBS og RP mekanismer er blevet påvist i mange forskellige optiske systemer, såsom fibre 7, mikrosfærer 4,6,8, toroider 1,9 og krystallinske resonatorer 5,10. Gennem denne foton-phonon kobling, både køling 11 og excitation 6,10 af mekaniske tilstande er blevet påvist. Men næsten alle rapporterede optomechanics eksperimenter er med faste faser af stof. Dette skyldes direkte flydende nedsænkning af optomekaniske enheder resulterer i stærkt forøget strålings akustisk tab på grund af den højere impedans af væsker sammenlignet med luft. Hertil kommer, at i nogle situationer afledende tabsmekanismer i væsker kan overstige skyernes akustiske tab.

    Recently blev en ny type hule optomekaniske oscillator med en mikrokapillære geometri introduceret 12-15, og som ved design er udstyret til mikrofluidenheder eksperimenter. Diameteren af denne kapillar moduleres langs dens længde for at danne flere 'flaske resonatorer', der samtidig begrænser optiske hviske-galleri resonanser 16 samt mekaniske resonante modes 17. Flere familier af mekaniske resonans tilstande deltage, herunder vejrtrækning tilstande, vin glas modes, og hviske-galleri akustiske modes. Vinen glas (stående-bølge) og hviske-galleri akustisk (rejse-bølge) resonanser dannes, når en vibration med heltal multiplum af akustiske bølgelængder opstår omkring enhedens omkreds. Lyset udklingende kobles ind i de optiske hviske-galleri former for disse "flasker 'ved hjælp af en tilspidset optisk fiber 18. Indeslutning af væsken inde 19,20 kapillarrøret resonator, somi modsætning til udenfor, giver høj mekanisk og optisk kvalitet faktorer samtidig, som giver den optiske excitation af mekaniske tilstande ved hjælp af både RP og SBS. Som det er blevet vist, disse mekaniske excitationer er i stand til at trænge ind i fluidum i indretningen 12,13, der danner en delt faststof-væske resonansform, således at en opto-mekanisk grænseflade til den fluide miljø inden for.

    I denne afhandling beskriver vi fabrikation, RP og SBS aktivering, og repræsentative måleresultater for denne roman optomekaniske system. Angivne materiale og værktøj lister også.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Protocol

    1.. Fabrikation af Ultra-high-Q Mikrofluidenheder Resonators

    1. Fremstilling af kapillær fremstilling setup
      1. Fabrikere mikrofluid optomekaniske resonator på følgende måde -. Opvarm en glaskapillar præforme med cirka 10 W CO 2 laserstråling på 10,6 mikron bølgelængde, og trække ud opvarmede kapillær lineært ved hjælp af motoriserede etaper oversættelse Figur 1 viser arrangementet af den lineære oversættelse etaper, lasere, og placeringen af ​​kapillære præforme før trækker processen.
      2. Program egnet automation software til samtidig at styre de to CO 2 lasere (til opvarmning) og de ​​to lineære føringer. De to lineære føringer udføre tegningen fremgangsmåde til laser-heated kapillær.
      3. En af de lineære føringer skal være hurtig (fx 5 mm / sek) for den lineære tegningen processen. Foder i mere materiale til opvarmning zone med den anden, langsommere lineær fase(Fx 0,5 mm / sek), idet kapillarrøret præform materiale bliver forarmet under trække processen.
      4. Juster prøveholderne på de lineære føringer langs både lodrette og vandrette akser.
      5. Ret omhyggeligt både CO 2 laserstråler, så de målrette det samme sted i rummet (mellem prøveholderne). Et stykke papir kortet eller varmefølsomt papir er nyttigt for denne proces. Glem ikke at bruge øjenbeskyttelse til laser sikkerhed. Sænk ikke øjne til tabel-niveau. Brug egnede beam blokke, røg udstødning, og brandsikring.
      6. Vælg rimelige parametre for tegningen proces. For eksempel følgende parametre pålideligt at producere en god kapillær størrelse - 10 mm / sek trække hastighed, 0,5 mm / sek feed-in hastighed, 3 sek forvarmning tid, 4.5 W forvarmning beføjelser til både lasere og 5 W opvarmning beføjelser til begge lasere .
      7. Modulering af lasereffekten under trække kan bruges til at styre den kapillære radius længderetningen i tegningen proadgang til at danne 'flaske' resonatorer. Et eksempel er vist i figur 2d. Vælg den korrekte modulation parametre: 3 Hz frekvens, 6 W og 3 W til laser beføjelser, og 50% duty cycle.
    2. Fabrikation af mikrofluid optomekaniske resonatorer
      1. Skær en tilstrækkelig lang segment (ca. 2-4 cm) af kvartsglas kapillar, således at det kan nå de to holdere er knyttet til de lineære føringer oversættelse.
      2. Monter kapillærprøve på prøveholdere, således at laseren målzonen ligger nogenlunde i midten af ​​kapillarrøret. Genjuster CO 2 laserjusteringssystem hvis nødvendigt.
      3. Træk kapillær anvendelse af de parametre som angivet i 1.1.6. Først forvarme kapillarrøret i et par sekunder (figur 2a), og træk det med eller uden laser modulation (parametre i 1.1.7) efter behov.
      4. Fjern trukket kapillarrør (figur 2b) fra prøveholderen. Håndter prøven med handsker på totykke ender kun, for ikke at forurene den rene resonator overflade.
      5. Variere trækfremspringene parametre at fabrikere kapillærer med forskellige diametre. Typisk ydre diameter varierer fra 30 um til 200 um afhængig trække forhold.
    3. Montering af fabrikeret enhed til test
      1. Forbered en E facon glasholder (figur 2c). Skær tre 1 cm x 0,5 cm og en 3 cm x 0,5 cm glasstykker fra objektglas. Samle dem til en E facon ved hjælp af glas lim eller superlim.
      2. Skær en længde mikrofluid kapillær ud af den trukne prøve. Denne længde skal være længere end afstanden mellem to tilstødende glas grene på holderen E form.
      3. Lim mikrokapillære enheden i holderen ved hjælp af optiske lim samtidig sørge for at holde en del hængende uforurenet mellem to grene af indehaveren E form. Cure den optiske lim med en LED UV hærdende lyskilde til 10 sek. Tal 2cog 2d viser det færdige produkt.
      4. Skub forsigtigt begge ender af den monterede resonator i to lidt større plastrør (fx 200 um i indre diameter). Lim og UV kur begge ender til plastikrør med optisk lim.
      5. Spænd E facon struktur fra den tredje (gratis) glas gren til en fastspændt montageværktøj til test. Den optiske kvalitet faktor for den endelige mikrofluid resonator afhænger af, hvor godt de fabrikation lasere blev justeret og hvor stabil deres magt niveauer var.

    2.. Forsøgsopstilling til optomekaniske Testing

    1. Fabrikation af tilspidset optisk fiber
      1. Forbered en single mode telecom-band optisk fiber af den ønskede længde (f.eks et par fødder). Fiber-segmentet skal være lang nok til at være både monteret i den tilspidsede område og forbundet med opsætningen (figur 4). Den tilspidsede metode forklaret her svarer til, hvad er suggested og demonstreret 22..
      2. Tilslut fremstillet fiber segment til resten af ​​forsøgsopstillingen ved hjælp af en praktisk fiber-splejsende metode.
      3. Monter splejset fiber segment på to lineære aftrækkere, der står over for hinanden.
      4. Strip off fiber jakke i centrum af den monterede fiber fragment at eksponere beklædning område. Dette er, hvor tilspidsning vil blive fremstillet. Rengør strippet område med methanol.
      5. Tænd afstemmelige laser til at se real-time transmission på et oscilloskop. Sørg for at indstille attenuators så fotodetektorer ikke beskadiges.
      6. Placer en smal dyse hydrogengas brænder umiddelbart under unjacketed del af fiberen. Følg alle anbefalede sikkerhedsprocedurer, når de arbejder med tryk brændbare gasser som brint. Andre "ren forbrænding" kilder til ild eller keramiske varmelegemer kan også bruges.
      7. Før du tænder op for gassen, kontrollere flowet, så flammen ikke vil være forstore (en 1-2 cm høj flamme er passende). Bemærk, at flammen er for det meste usynlige, men kan betragtes som et svagt orange skær i et mørkt rum. Brinten flow bør indstilles til et punkt, hvor tændte flammen tilstrækkeligt blødgøre glasfiber.
      8. Lyser op i flammen. Så snart flammen er tændt, begynde at trække fiberen hjælp motoriserede etaper. Passende trækhastighed afhænger af strømningshastigheden af ​​hydrogengas og flammens umiddelbare nærhed. BEMÆRK: Transmission gennem fiberen vil begynde at vise tidsmæssig svingning adfærd som at trække fortsætter. Dette indikerer multimode operation.
      9. Når oscillationsadfærden stopper og viser en uforanderlig signal over tid, stoppe med at trække og turn-off flammen øjeblikkeligt. Dette er, når single-mode taper opnås. Kontroller transmissionen. Hvis transmissionen er for lav, skal du gentage proceduren fra 2.1.1. med modificeret gasstrømmen, flamme størrelse, og flamme placering. Den lejlighed, kan lave transmission skyldes dårlig tilpasning ved trin 2.1.3. eller på grund af forurenedeion af det udsatte beklædningen.
      10. Hvis resulterende transmission gennem taper er tilfredsstillende, skal du vente et par minutter for at køle ned tilspidsning.
      11. Undersøg tilspidsning under et mikroskop. For 1.550 nm operationelle bølgelængde, typisk diameter på single-mode taper er i størrelsesordenen 1-2 um.
    2. Taper-kobling til WGR og søge efter elektroniske signaler indikerer vibrationer
      1. Opsætning eksperimentet i konfigurationen vist i figur 3.. Mekaniske vibrationer kan genereres gennem både SBS og RP ved samme eksperimentelle konfiguration. For klart at påvise back-spredte signaler i tilfælde af baglæns-SBS 4,21 bruge en cirkulationspumpe mellem konus og afstemmelig laser.
      2. Før du tænder for tunable IR laser, så sørg for at sætte lyddæmpere på plads, så fotodetektorer ikke beskadiges.
      3. Tænd og stabilisere afstemmelige IR laser. En funktion generator anvendes til at feje frekvensen af ​​input IRlaser.
      4. Monter resonator holderen på en nanopositioning fase. Bringe forsigtigt resonatoren tæt på den tilspidsede fiber med henblik på at opnå flygtige kobling. Som laser frekvens er fejet, vil optiske resonanser vises som dips i transmission i oscilloskopet, som i figur 2b af 22..
      5. Slut fotocelleeffekt til en elektrisk spektrum analysator (ESA), hvor der kan ses den tidsmæssige interferens (dvs. slå note) mellem input laserlys og det spredte lys. Denne tidsmæssige interferens forekommer på den mekaniske svingning frekvens. "Peak hold" funktionen på spektrum analysator er ofte nyttig i første søgning for mekaniske vibrationer.
      6. Brug højere indgangseffekt, mens de udfører den indledende søgen efter mekaniske vibrationer, især når væsker er til stede inde i enheden. BEMÆRK: Typisk indgangseffekt i størrelsesordenen 100 uW til enheden er tilstrækkelig til at ophidse mekaniskeical vibration.
      7. Hvis der observeres mekanisk oscillation, forsøge at låse til det relevante optiske tilstand ved at slukke for laseren frekvensaftastning og kontrollere laser bølgelængde i CW-tilstand. Her både oscilloskop og spektrumanalysator er anvendelige i tandem. Periodiske signaler vises på oscilloskopet når mekaniske tilstand er til stede, som det ses i figur 5 og 1,6.

    3.. Måling optomekaniske Vibrations

    1. Optisk og elektronisk underskrift af stråling pres (RP) tilstande
      1. Som beskrevet i 2.2, vil mekaniske svingninger skal overholdes, når tilspidsning og enhed, der korrekt koblet enheden optiske og mekaniske tilstande har tilstrækkelige Q-faktorer, og tilstrækkelig input optiske effekt er forudsat. Hvis svingninger i intervallet 10 MHz - 1 GHz ikke overholdes, forsøg på at ændre polarisering til at undersøge forskellige resonanser, eller øge indgangseffekt fra afstemmelige laser for atovervinde den minimumsgrænse for svingning. Ved at øge input magt, altid være forsigtig med ikke at mætte fotodetektorerne. Også, som beskrevet i 8, kobling afstand er en nøglefaktor for spændende forskellige RP tilstande.
      2. Hvis mekaniske tilstande stadig ikke overholdes, kan du prøve at måle optisk kvalitet faktor. For microfluidic optomekaniske resonatorer, viser resultaterne, at optisk kvalitet faktor 10 6 er tilstrækkelig til at ophidse parametriske svingninger 13.
        BEMÆRK: Normalt vil RP tilstande manifestere sig som elektroniske svingninger på spektrum analysator ledsaget af deres harmoniske, som det ses i figur 5. Repræsentative resultater vil blive diskuteret i afsnit 4..
      3. Brug en scanning Fabry-Perot interferometer eller høj opløsning optisk spektralanalysator til at detektere de optiske sidebånd, der er genereret på grund af amplitude og fase modulation, som igen er fremkaldt af den periodiske hulrum deformation. Et eksempel måling kan være sEen i figur 3h 1.
    2. Optisk og elektronisk underskrift hviske-galleri akustiske modes
      1. Den akustiske hyppighed af baglæns-SBS for silica glas er cirka 11 GHz, hvor en 1,5 micron pumpe laser bruges 4,23. Brug en cirkulationspumpe, der overvåger back-spredte lys og nogle små beløb af Rayleigh-spredt pumpe, for at observere elektroniske signaler for disse vibrations tilstande. Brug en høj opløsning optisk spektrum analysator til at løse det spredte lys. Et eksempel måling er vist i figur 2 af 4.
      2. Brug rytmen notat mellem fremad spredte lys og pumpe laser til at observere lavere frekvens (sub-1 GHz) hviske-galleri akustiske modes.
      3. På grund af den lavere mekanisk stivhed i vejrtrækning retning signalet fra SBS er undertiden svagere end signalet fra RP-tilstande. Igen, feje laseren ved lav hastighed, og bruge "peak-hold" på SPECTrom analysator til at hjælpe med at finde den SBS-signalet.
      4. Bemærk, at i modsætning til RP-ophidset vejrtrækning tilstande, behøver SBS-ophidset hvisken-galleri akustiske modes ikke udstille harmoniske i den optiske og elektroniske spektre (medmindre kaskader excitation foregår 4,24). I stedet kun én Stokes sidebånd vises for SBS tilstande.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    De ved denne fremgangsmåde fremstillede kapillærer er tynde (mellem 30 um og 200 um), klar og meget fleksibel, men er tilstrækkeligt robuste til direkte håndtering. Det er vigtigt at beskytte den ydre overflade af den kapillære enheden mod støv og vand (fugtighed) for at opretholde en høj optisk kvalitet (Q). Ved at dyppe den ene ende af kapillarrøret i vand og blæser luft gennem kapillarrøret ved hjælp af en sprøjte, kan det kontrolleres, om kapillarrøret er gennem eller om der var forseglet under fremstillingen på grund af overophedning.

    En afstemmelige laser kan anvendes til at undersøge optiske tilstande af fabrikerede enhed ved hjælp af tilspidsede fiber bølgeleder kobling. I denne test forventes skarpe optiske resonanser indikerer høj optisk Q-faktor. En yderligere indikation for høj Q-faktor er den termiske udvidelse af de optiske tilstande 25.

    Når RP-aktiverede parametriske oscillation finder sted, harmoni cs af den mekaniske tilstand vil ses i det optiske spektrum opnået på udgangsporten tilspidsede bølgelederen. Dette sker på grund af den store modulationsdybde af amplitude og fase modulation af lys forårsaget af mekaniske vibrationer. Eksempler på typisk observeret elektriske spektret ses i figur 5a og også i 1. Et oscilloskop spor af signalet udviser periodisk adfærd (figur 5b). Finite element analyse kan påberåbes at modellere mekaniske tilstande i systemet, for at bekræfte, at den observerede optisk modulation svarer til en eigenmechanical frekvens. SBS drevne mekaniske tilstande er let identificeres ved fraværet af harmoniske af de grundlæggende mekaniske signal, da kun et enkelt Stokes sidebånd genereres 6. Disse tilstande opstår typisk ved højere frekvenser end RP tilstande, selv lave frekvenser er også mulige.

    "> Figur 1
    Fig. 1. Skematisk af kapillær trække setup. De mikrofluide optomekaniske resonatorer er trukket fra en større kapillar præform fastgjort til to lineære føringer, mens glasset opvarmes af CO 2-laser. Begge laserstråler er nøje afstemt til den samme plet af kapillarrøret. Flytning retning og relative hastigheder af lineære føringer er angivet med pile. Klik her for at se en større version af dette tal.

    Figur 2
    Figur 2. Optomekaniske flaske resonator fabrikation. (A) Den kapillære præform pul ført ved en konstant hastighed, mens der opvarmes ved hjælp af CO 2-laserstråler. Bemærk glødende region er laseren målet stedet (hvor bjælkerne opvarme silica). Når den ønskede længde og diameter er nået, (b) at stoppe den lineære fase bevægelse og tænde laserne fra. Løftes kapillær er tynde, klare og meget fleksibel. (C) Ansæt en E facon glas struktur til at montere mikrokapillære resonator enhed som beskrevet i afsnit 1.3. Den optomekaniske flaske resonator er nu klar til at blive taget til forsøgsopstillingen og forbundet til slanger, som vil give analytter. (D) Scanning elektronmikrografi af fabrikerede optomekaniske flaske resonator. Resonator radius og vægtykkelse kan varieres efter behov. Klik her for at se en større version af dette tal.

    s "> Figur 3
    Fig. 3. Skematisk af test setup. Lys udklingende kobles ind i resonatoren ved hjælp af en tilspidset fiber. En afstemmelige IR laser (1,520-1,570 nm) anvendes som lyskilde og er finjusteret til at matche en udvalgt optisk modus resonator. Mekaniske vibrationer aktiveres ved lys i resonator årsagen modulation af input lys på de mekaniske vibrationer frekvens. De elektriske felter i den optiske pumpe og vibrationsfri spredte lys i fremadgående retning blande tidsmæssigt på fotodetektoren (PD) ved udgangen af ​​den tilspidsede fiber. Et beat note mellem de to optiske signaler genereres således gennem den optiske-power-til-strøm transduktion finder sted i fotodetektor. Dette slag kan observeres på en elektrisk spektrumanalysator (ESA). En scanning Fabry-Perot hulrummet (FPC) og optisk spektrumanalysator (OSA) kan også anvendes to direkte observere de optiske sidebånd, der er genereret som følge af den graduering. Klik her for at se en større version af dette tal.

    Figur 4
    Figur 4.. Kobling lys fra en fiber til mikro resonator. E facon struktur er monteret lige over den tilspidsede fiber, så lyset kan udklingende kobles ind i de resonatorer. Klik her for at se en større version af dette tal.

    Figur 5
    Figur 5. g> Repræsentative resultater. (A) en vejrtrækning mekanisk tilstand på 24,94 MHz i microcapillary bliver ophidset af centrifugalkraften stråling pres af lys, der cirkulerer i et optisk tilstand. Modulation af input lys ved denne mekaniske vibrationer kan observeres på en elektrisk spektrum analysator gennem beat-notat generation på en fotodetektor placeret i fremad-spredning retning (se figur 3). (B) oscilloskop spor af fotodetektoren udgangssignal (dvs. transmitterede effekt) viser den periodiske tidsmæssige indblanding af indfaldende lys og spredt lys. (C) Finite element simulering for den tilsvarende vejrtrækning tilstand bekræfter, at den observerede optisk modulation svarer til en eigenmechanical frekvens. Farver repræsenterer deformation og simuleringen skåret ved kapillar midtpunktet til præsentation.s.jpg "target =" _blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

    Figur 6
    Figur 6.. Den mekaniske frekvens er præsenteret som en funktion af væske tæthed. Den samme mekaniske tilstand måles på den samme enhed med forskellige koncentrationer af saccharoseopløsninger stede inde. Klik her for at se en større version af dette tal.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Vi har fabrikeret og testet en ny enhed, der bygger bro mellem hulrum optomechanics og MicroFluidics ved at ansætte højt Q optiske resonanser at ophidse (og afhøre) mekaniske vibrationer. Det er overraskende, at flere excitation mekanismer er tilgængelige i meget samme enhed, som genererer en lang række mekaniske vibrations tilstande ved hastigheder spænder 2 MHz til 11.300 MHz. Centrifugal stråling pres understøtter både vinglas modes og vejrtrækning tilstande i 2-200 MHz span, Forward stimuleret Brillouin spredning giver mulighed for mekanisk hviskegallerimodus tilstande i 50-1500 MHz, og endelig tilbage stimuleret Brillouin spredning ophidser mekaniske hviskegallerimodus tilstande nær 11.000 MHz .

    De metoder, der er beskrevet i det nuværende arbejde muliggøre fremstilling af disse mikrofluidenheder resonatorer med ultra-høj optisk kvalitet faktorer omkring 10 8. Samtidigt da væsker nu findes inden for enheden, acoustic tab bragt under kontrol, og at enheden er i stand til at opretholde en høj mekanisk kvalitet faktor såvel. Med denne platform, har vi vist, at der kan måles massefylde ændringer i en væske, der er indeholdt i anordningen (figur 6). For fuldt ud at forstå den opto-mekanisk-fluidic kobling, der muliggør dette, vil det fremtidige arbejde omfatte multifysisk modellering af enheden.

    Der er et par praktiske udfordringer forbundet med denne fremstillingsmetode. For eksempel skal det kapillære materiale være en god absorber til 10,6 mikron CO 2 laserstråling, så det kan opvarmes tilstrækkeligt op til at trække processen kan finde sted. I denne henseende de materialer, der er blevet testet for kapillær fabrikation er silica og kvarts. Desuden er den cirkulære symmetri af kapillar dikteret af den relative styrke mellem de to lasere, der anvendes i løbet af trække trin og ved placeringen af ​​capillary i laser målzonen. Da den cirkulære symmetri af enheden er en vigtig parameter for at opretholde høj optisk og mekanisk kvalitet faktor, forskydning af kapillære præforme i CO 2-laser målzonen, inden du trækker eller under trække kan være en bekymring og pleje skal tages for at holde dette under kontrol.

    På den anden side er denne fremstillingsmetode giver en masse fleksibilitet i fremstillingen af ​​silica-baserede optomekaniske kapillar resonatorer. Ved modulering af CO 2-laser magt, kan kapillarrøret diameter varieres ganske let at passe til anvendelsen. On demand afstanden mellem tilstødende flaske resonatorer er muligt takket være den høje grad af computerstyring. Endelig kontrol af satsen for at trække og satsen for "foder i" af kapillære præforme giver en nem knop til styring af kapillær diameter.

    Konklusionen er, at silica-baserede mikrokapillære platform som beskrevet eren billig, højtydende optiske og optomekaniske system, der kan anvendes til en række undersøgelser med ikke-fastfase-materiale, herunder Superfluids og bio-analytter, såsom levende celler. Disse enheder kan desuden udnytte den meget store mængde litteratur på overfladen akustisk bølge sensing af gasser og væsker. Som et resultat, dette er en nødvendig teknologi for optiske sensing applikationer.

    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