Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores
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
Cavidad optomecánica experimentos que paramétricamente acoplar los modos de fonones y modos de fotones han sido investigados en diversos sistemas ópticos incluyendo microresonators. Experimentos optomecánicos Sin embargo, debido al aumento de las pérdidas de radiación acústica durante la inmersión líquida directa de dispositivos óptico-mecanicos, casi todos publicados han sido realizados en fase sólida. Este artículo discute un hueco resonador óptico-microfluidos recientemente introducida. Metodología detallada se proporciona para la fabricación de estos ultra-alta-Q resonadores de microfluidos, realizar pruebas optomecánico, y medir el modo de respiración radiación impulsado por presión y las vibraciones paramétricas de modo de galería de los suspiros impulsadas por SBS. Al limitar los líquidos en el interior del resonador capilar, se mantienen al mismo tiempo altos factores de calidad óptica mecánica-y.
Introduction
Optomecánica Cavidad estudia el acoplamiento paramétrica entre los modos de fonones y modos de fotones en microresonators por medio de la presión de radiación (RP) 1-3 y dispersión estimulada Brillouin (SBS) 4-6. SBS y mecanismos de RP se han demostrado en muchos sistemas ópticos diferentes, tales como fibras 7, microesferas 4,6,8, 1,9, toroides y resonadores cristalinos 5,10. A través de este acoplamiento fotón-fonón, tanto de refrigeración 11 y la excitación de 6,10 modos mecánicos han sido demostrados. Sin embargo, casi todos informaron optomecánica experimentos son con fases sólidas de la materia. Esto es debido a la inmersión directa de líquido de los dispositivos de resultados óptico-en gran medida el aumento de la pérdida acústica radiativo debido a la mayor impedancia de líquidos en comparación contra el aire. Además, en algunas situaciones mecanismos de pérdida disipativas en líquidos pueden superar las pérdidas acústicas radiativas.
Recientemente, un nuevo tipo de oscilador óptico-hueco con una geometría microcapilar se introdujo 12-15, y que por diseño está equipado para los experimentos de microfluidos. El diámetro de este capilar se modula en su longitud para formar múltiples 'resonadores botella' que confinan a la vez susurrando-gallery resonancias ópticas 16, así como los modos de resonancia mecánica 17. Varias familias de modos resonantes mecánicos participan, incluidos los modos de respiración, modos de vino de vidrio y modos acústicos susurrando-galería. El vaso de vino (onda estacionaria) y susurrando-gallery acústica (de onda en movimiento) resonancias se forman cuando una vibración con múltiplo entero de longitudes de onda acústica se produce alrededor de la circunferencia del dispositivo. La luz se acopla evanescente en los modos susurrando-gallery ópticas de estas "botellas" por medio de una fibra óptica cónica 18. El confinamiento del líquido en el interior del resonador 19,20 capilar, comodiferencia de fuera de ella, permite altos factores de calidad óptica mecánica-y al mismo tiempo, lo que permite la excitación óptica de modos mecánicos por medio de ambos RP y SBS. Como se ha mostrado, estas excitaciones mecánicas son capaces de penetrar en el líquido dentro del dispositivo de 12,13, la formación de un modo resonante sólido-líquido compartida, permitiendo así una interfaz opto-mecánico para el medio ambiente fluídico dentro.
En este trabajo se describe la fabricación, RP y SBS de actuación y resultados de las mediciones representativas de este novedoso sistema óptico-mecánica. También se proporcionan listas de materiales y de herramientas específicas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hemos fabricado y probado un nuevo dispositivo que sirve de puente entre la cavidad y optomecánica microfluidos empleando resonancias ópticas de alta Q para excitar (e interrogar a) vibraciones mecánicas. Es sorprendente que múltiples mecanismos de excitación están disponibles en el mismo dispositivo, que generan una variedad de modos de vibración mecánicas a tasas que abarcan 2 MHz a 11.300 MHz. La presión de radiación centrífuga soporta ambos modos copa y modos de respiración en el lapso de 2 a 200 MHz, Ad…
Declarações
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) |
Referências
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