Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs
Summary
Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.
Abstract
Cavité optomécanique expériences paramétrique coupler les modes de phonons et les modes de photons ont été étudiés dans différents systèmes optiques, y compris microrésonateurs. Expériences opto Toutefois, en raison de l'augmentation des pertes radiatives acoustiques pendant immersion liquide directe de dispositifs opto-mécaniques, presque tous publiés ont été réalisées en phase solide. Cet article traite d'un opto microfluidique creux résonateur récemment introduit. Méthodologie détaillée est fournie pour fabriquer ces résonateurs microfluidiques ultra-haute Q, effectuer des tests de optomécanique, et mesurer le rayonnement mode de respiration commandé par la pression et mode de galerie vibrations paramétriques SBS-entraînés. En limitant les liquides à l'intérieur du résonateur capillaire, facteurs élevés mécanique et optique de qualité sont maintenues simultanément.
Introduction
optomécanique de cavité étudie le couplage paramétrique entre les modes de phonons et les modes de photons dans microrésonateurs au moyen de la pression de radiation (RP) 1-3 et la diffusion Brillouin stimulée (SBS) 4-6. SBS et des mécanismes de RP ont été mises en évidence dans de nombreux systèmes optiques différents, tels que des fibres, des microsphères 7 4,6,8, 1,9 tores, et des résonateurs cristallins 5,10. Grâce à ce couplage photon-phonon, à la fois de refroidissement 11 et l'excitation de 6,10 modes mécaniques ont été démontrés. Cependant, presque tous ont déclaré optomécanique expériences sont à des phases solides de la matière. C'est parce que l'immersion liquide directe des dispositifs opto-mécaniques dans les résultats considérablement augmenté la perte acoustique radiatif en raison de l'impédance plus élevée de liquides par rapport à l'air. En outre, dans certaines situations, les mécanismes de pertes dissipatives dans les liquides peuvent dépasser les pertes radiatives acoustiques.
Récemment, un nouveau type de creux opto-oscillateur avec une géométrie de micro-capillaire a été introduit 12-15, et qui, par conception est équipé pour des expériences microfluidiques. Le diamètre de ce capillaire est modulé sur sa longueur pour former de multiples «résonateurs de bouteille» qui confinent simultanément optiques chuchotement galerie résonances 16 ainsi que les modes de résonance mécaniques 17. Familles multiples de modes de résonance mécaniques participent, y compris les modes de respiration, modes vin en verre, et les modes acoustiques chuchotement galerie. Le verre de vin (onde stationnaire) et chuchotement galerie acoustique (à ondes progressives) résonances sont formés lorsqu'une vibration avec un multiple entier de longueurs d'onde acoustique se produit autour de la circonférence de l'appareil. La lumière est couplé de manière évanescente dans les chuchotements-gallery modes optiques de ces «bouteilles» au moyen d'une fibre optique effilée 18. Le confinement du liquide à l'intérieur du résonateur 19,20 capillaire, en tant queopposition à l'extérieur, permet à des facteurs élevés simultanément mécanique et optique de qualité, ce qui permet l'excitation optique des modes mécaniques par l'intermédiaire d'à la fois RP et SBS. Comme on l'a représenté, ces excitations mécaniques sont capables de pénétrer dans le fluide à l'intérieur du dispositif 12,13, formant un mode de résonance solide-liquide commune, permettant ainsi une interface opto-mécanique à l'intérieur de l'environnement fluidique.
Dans cet article, nous décrivons la fabrication, RP et SBS actionnement, et les résultats de mesure représentatifs de ce nouveau système opto-mécanique. Matériels et outils listes spécifiques sont également prévues.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons fabriqué et testé un nouveau dispositif qui relie entre optomécanique de cavité et de la microfluidique en utilisant des résonances optiques haute Q pour exciter (et interroger) les vibrations mécaniques. Il est surprenant que de multiples mécanismes d'excitation sont disponibles dans le même dispositif, ce qui génère une variété de modes de vibration mécanique à des taux couvrant 2 MHz à 11 300 MHz. La pression de radiation centrifuge prend en charge les modes de verre à vin et des modes …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by Startup funding from the University of Illinois at Urbana-Champaign, DARPA ORCHID program through a grant from AFOSR, the National Science Foundation through grant CMMI-1265164, and the National Science Foundation Graduate Research Fellowship program. We acknowledge enlightening discussions with Prof. Jack Harris, Prof. Pierre Meystre, Dr. Matt Eichenfield, Prof. Taher Saif, and Prof. Rashid Bashir.
Materials
| 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) | |
| 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) |
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