Galeri Modu Polimerik Mikro-optik Elektrik Alan Sensörleri Whispering Gelişimi
Summary
Yüksek hassasiyete sahip fotonik mikro sensör elektrik alan tespiti için geliştirilmiştir. Sensörü, dielektrik küre optik modları patlatır. Dış elektrik alan perturb onun optik modları vardiya giden küre morfolojisi değişimi. Elektrik alan kuvveti bu optik kaymalar takip edilerek ölçülür.
Abstract
Dielektrik mikro boşlukların optik modları geniş bir uygulama aralığında potansiyel için son yıllarda büyük ilgi aldık. Optik modlar sık (WGM) veya "morfolojisi bağımlı rezonanslar" (MDR) ve yüksek optik kalite faktörleri gösteren "galeri modları fısıldayan" olarak adlandırılır. Mikro-kavite optik rezonatörler Bazı önerilen uygulamalar spektroskopisi 1, mikro oyuk lazer teknolojisi 2, optik haberleşme 3-6 yanı sıra sensör teknolojisi bulunmaktadır. WGM tabanlı sensör uygulamaları biyoloji 7, iz gaz algılama 8 olanlar ve sıvılar 9 kirlilik algılama özelliği içerir. Mikroküre rezonatörler dayalı mekanik sensörler de kuvveti 10,11, basınç 12, hızlanma 13 ve duvar kayma gerilmesi 14 için olanlar dahil, ileri sürülmüştür. Günümüzde, bizim daha önceki araştırma konuların üzerine inşa bir WGM tabanlı elektrik alan sensörü, göstermekes 15,16. Bu sensör bir aday başvuru nöronal aksiyon potansiyelinin tespiti yer almaktadır.
Elektrik alan sensor çok-katmanlı polimerik mikroküre dielektrik dayanmaktadır. Dış elektrik alan elastik deformasyon giden küreler (electrostriction etkisi) yüzey ve cisim kuvvetleri indükler. Küre morfolojisi bu değişiklik, WGM vardiya yol açar. Elektrik alanı ile indüklenen WGM vardiya lazer ışığı tarafından kürelerin heyecan verici optik modlar tarafından sorgulandı. Dağıtılmış bir geribildirim Işık (DFB) lazer (~ 1.3 mikron nominal dalgaboyu) tek modlu optik fiber konik bir bölümünü kullanarak mikroküreler içine yan birleştiğinde olduğunu. Küre taban malzemesi polidimetilsiloksan (PDMS) 'dir. Üç mikrosfer geometrileri kullanılır: baz-to-sertleştirici karışım ve bir hacımsal oranı 60:1 ile (1) PDMS küre, 60:1 PDMS göbek ile (2), çok katmanlı küre, inci dielektrik sabiti arttırmak içinE küre, baryum titanat değişen miktarda (hacimce% 2 ila% 10) ve 60:1 PDMS bir dış tabaka ve ince bir tabaka ile kaplı (3) katı silika küre ile karıştırılır 60:1 PDMS bir orta tabaka Kürlenmemiş PDMS tabanı. Sensörün her tür, şevli fiber lazer ışık yüksek optik kalite faktörü WGM (S ~ 10 6), dış tabakası içine bağlanmıştır. Mikrosferler elektrik alanı için kendi duyarlılığını artırmak için ~ 1 PD / m arasında elektrik alan bir kaç saat için kutupludur edilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Küreler başlangıçta bir DC yüksek gerilim kaynağına elektrotlar bağlayarak kutupludur edilir. Poling süresinin sonunda, elektrot potansiyel DC gerilim kaynağı ile kesilmiş ve Şekil 4 içinde gösterildiği gibi bir fonksiyon jeneratörü bağlanır. Sonuçları pozitif ve negatif elektrik alanlar (poling yönüne göre) sırasıyla küre uzama ve sıkıştırma yol açtığını 8 gösterisi ile Şekil 5'te sunulmuştur. Tek katmanlı 60:1 PDMS olduğun…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Entegre Fotonik Mühendisliği Araştırma (cipher) proje yöneticisi olarak Dr J. Scott Rogers ile programda Merkezleri altında ABD Savunma Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı tarafından desteklenmektedir. Bu raporda yer alan bilgiler mutlaka pozisyon veya ABD Hükümeti ve resmi ciro politikası sonucuna varılamaz yansıtmamaktadır.
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).
