פיתוח של חיישני Whispering גלרית Mode פולימריים מייקר אופטי שדה חשמליים
Summary
חיישן מייקרו רגישות גבוהה פוטוניים פותח לגילוי שדה חשמלי. החיישן מנצל את המצבים האופטיים של מרחב דיאלקטרי. שינויים בשדה החשמלי החיצוני מטריד את מורפולוגיה הכדור שהובילה לשינויים במצבים האופטיים שלה. עוצמת השדה החשמלית שנמדדה על ידי ניטור אופטיים המשמרות האלה.
Abstract
מצבים אופטיים של מייקרו חללים דיאלקטרי זכו לתשומת לב משמעותית בשנים האחרונות לפוטנציאל שלהם במגוון רחב של יישומים. המצבים האופטיים לעתים קרובות מכונים "לוחש מצבי גלריה" (WGM) או "תהודות תלויות מורפולוגיה" (MDR) ומפגינים גורמי איכות אופטיות גבוהים. החלק מהיישומים מוצעים של תהודה האופטית מייקרו החלל נמצאים ב1 ספקטרוסקופיה, טכנולוגיית מייקרו חריר ליזר 2, 3-6 תקשורת האופטית, כמו גם טכנולוגיית חיישן. היישומים מבוססי חיישני WGM כוללים את אלה ב7 ביולוגיה, גילוי גז עקבות 8, וזיהוי טומאה ב9 נוזלים. חיישנים מכאניים המבוססים על תהודת microsphere גם הוצעו, כוללים אלה של כוח 10,11, לחץ 12, תאוצה 13 ולחץ קיר גזירת 14. בהווה, אנחנו מדגימים את חיישן WGM מבוסס שדה חשמלי, אשר מבוסס על Studi הקודם שלנוes 15,16. יישום מועמד של חיישן זה הוא בזיהוי של פוטנציאל פעולה עצבי.
חיישן השדה החשמלי המבוסס על דיאלקטרי microspheres פולימרים רבים שכבתי. השדה החשמלי החיצוני גורם לכוחות הגוף ושטח בתחומים (השפעת electrostriction) שמובילים לעיוות אלסטי. שינוי זה במורפולוגיה של הספירות, מוביל לשינויים בWGM. משמרות WGM השדה החשמלי מושרות חקירה על ידי מרגשים המצבים האופטיים של התחומים על ידי אור ליזר. אור ממשוב שיחולק (DFB) ליזר (אורך גל נומינלי של 1.3 ~ מיקרומטר) הוא צד מצמיד לmicrospheres באמצעות סעיף מחודד של סיב אופטי במצב יחיד. חומר הבסיס של הספירות הוא polydimethylsiloxane (PDMS). שלוש גיאומטריות microsphere משמשות: (1) תחום PDMS עם יחס נפח של 60:1 לבסיס ריפוי תערובת סוכן, (2) כדור רב שכבתי עם 60:1 PDMS ליבה, במטרה להגדיל את דיאלקטרי הקבוע של התחום דואר, שכבה אמצעית של 60:1 PDMS שמעורבב עם כמויות משתנות (2% עד 10% בנפח) של titanate בריום ושכבה חיצונית של 60:1 PDMS ו( 3) כדור סיליקה מוצק מצופה בשכבה דקה בסיס של PDMS דפוק. בכל סוג של חיישן ליזר, אור מהסיב המחודד מצמיד אל השכבה החיצונית המספקת איכות גורם WGM האופטי גבוהה (ש ~ 10 6). הם כיוונו את microspheres במשך כמה שעות בשדות חשמליים של MV ~ 1 / מ 'כדי להגדיל את רגישותם לשדה חשמלי.
Protocol
Representative Results
Discussion
התחומים לראשונה דרכו על ידי חיבור אלקטרודות לאספקת מתח גבוהה DC. בסוף תקופת poling, המוביל אלקטרודה מנותק מאספקת מתח DC ומחובר לגנרטור פונקציה כמצוין באיור 4. התוצאות מוצגות באיורים 5 עד 8 תכנית ששדות חשמליים חיוביים ושליליים (ביחס לכיוון של ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי סוכנות ההגנה האמריקנית לפרויקטי מחקר המתקדם תחת מרכזים בחקר הנדסה משולבת פוטוניקס (צופן) תכנית עם ד"ר ג'יי סקוט רוג'רס כמנהל פרויקט. המידע הכלול בדוח זה אינו משקף בהכרח את העמדה או המדיניות של ממשלת ארה"ב ואין אישור רשמי צריכה להיות מוסקת.
Materials
| Company | Catalogue number | Comments (optional) | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| Silica fiber | Fiber Instrument Sales | E-37AP15-FIS | |
| Barium Titanate (BaTiO3) nanoparticles | Sigma Aldrich | 467634-100G | |
| Laser Controller | ILX Lightwave | LDC-3724B | |
| DFB Laser | Agere | Agere 2300 | 1.310 μm central wavelength |
| Photodiode | Thorlabs | PDA10CS | |
| A/D Card | National Instruments | PXI 6115 |
References
- von Klitzing, W. Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments. New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).
- Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J., Sercel, P. C. Fiber-coupled microsphere laser. Optics letters. 25 (19), 1430-1432 (2000).
- Tapalian, H. C., Laine, J. P., Lane, P. A. Thermooptical switches using coated microsphere resonators. IEEE photonics technology letters. 14 (8), 1118-1120 (2002).
- Little, B. E., Chu, S. T., Haus, H. A. Microring resonator channel dropping filters. Journal of lightwave technology. 15, 998-1000 (1997).
- Offrein, B. J., Germann, R., Horst, F., Salemink, H. W. M., Beyerl, R., Bona, G. L. Resonant coupler-based tunable add-after-drop filter in silicon-oxynitride technology for WDM networks. IEEE journal of selected topics in quantum electronics. 5, 1400-1406 (1999).
- Ilchenko, V. S., Volikov, P. S., et al. Strain tunable high-Q optical microsphere resonator. Optics communications. 145, 86-90 (1998).
- Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption. Optics. 28 (4), 272-274 (2003).
- Rosenberger, A. T., Rezac, J. P. Whispering-gallery mode evanescent-wave microsensor for trace-gas detection. Proceedings of SPIE. 4265, 102-112 (2001).
- Ioppolo, T., Das, N., Ötügen, M. V. Whispering gallery modes of microspheres in the presence of a changing surrounding medium: A new ray-tracing analysis and sensor experiment. Journal of applied physics. 107, 103105 (2010).
- Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. High-resolution force sensor based on morphology dependent optical resonances of polymeric spheres. Journal of applied physics. 105 (1), 013535 (2009).
- Ioppolo, T., Kozhevnikov, M., Stepaniuk, V., Ötügen, M. V., Sheverev, V. Micro-optical force sensor concept based on whispering gallery mode resonances. Applied optics. 47 (16), 3009-3014 (2008).
- Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Pressure tuning of whispering gallery mode resonators. Journal of optical society of America B. 24 (10), 2721-2726 (2007).
- Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Effect of acceleration on the morphology dependent optical resonances of spherical resonators. Journal of optical society of America B. 28, 225-227 (2011).
- Ayaz, U. K., Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Wall shear stress sensor based on the optical resonances of dielectric microspheres. Measurement science and technology. 22, 075203 (2011).
- Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. Tuning of whispering gallery modes of spherical resonators using an external electric field. Optics express. 17 (19), 16465-16479 (2009).
- Ioppolo, T., Stubblefield, J., Ötügen, M. V. Electric field-induced deformation of polydimethylsiloxane polymers. Journal of applied physics. 112, 044906 (2012).
- Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., Ötügen, M. V. A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications. Review of scientific instrumentation. 83, 105003 (2012).
