Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection
Summary
Una tecnica interferometro di riferimento, che è progettato per rimuovere rumore indesiderabile jitter laser per nanodetection, è utilizzata per sondare un fattore microcavità ultra-alta qualità. Istruzioni per l'assemblaggio, l'installazione e l'acquisizione dei dati sono forniti, accanto al processo di misurazione per specificare il fattore di qualità della cavità.
Abstract
Un interferometro in fibra termicamente e meccanicamente stabilizzato adatto per l'esame di microcavità fattore di altissima qualità è modellato. Dopo aver valutato la sua gamma spettrale libera (FSR), il modulo viene messa in parallelo con un sistema di cono-microcavità fibra e quindi calibrato attraverso isolando ed eliminando spostamenti casuali nella frequenza del laser (cioè laser rumore jitter). Per realizzare la giunzione cono-microcavità e per massimizzare la potenza ottica che viene trasferito al risonatore, un fibra ottica monomodale guida d'onda è tirato. Soluzioni contenenti nanobeads polistirene vengono poi preparati e pilotati alla microcavità per dimostrare la capacità del sistema di percepire legame alla superficie della microcavità. I dati sono post-trasformati tramite curva adattiva montaggio, che consente misurazioni ad alta risoluzione del fattore di qualità, nonché il tracciato di parametri dipendenti dal tempo, come lunghezza d'onda di risonanza e frequenza divisa turni. Con attenzioneispezionare passaggi della risposta nel dominio del tempo e spostando nella risposta nel dominio della frequenza, questo strumento può quantificare eventi di legame discreti.
Introduction
Interesse di ricerca è aumentato in modo significativo l'utilizzo della modalità sussurro-gallery (WGM) microcavità a scopo di nanodetection e biosensori 1-8. Ciò comporta fattore di altissima qualità (Q) cavità ottiche, che sia in grado di identificare le particelle biologiche minuscole, fino al livello di proteine singolo 2. Cioè, il monitoraggio cambiamenti di risonanza e frequenza split per la trasmissione con straordinaria sensibilità 9-11 può essere abilitato mediante confinamento del cavo di energia luminosa all'interno di un piccolo volume modalità. Le variazioni delle proprietà ottiche di un risonatore sono la causa di questi spostamenti, che a sua volta provengono dal legame di molecole discrete o nanoparticelle. A meno sofisticato esempio di struttura WGM tridimensionale per tali applicazioni è un microsfere di silice, che può essere fabbricato con una superficie liscia atomicamente vicino semplicemente ablazione una fibra ottica disegnata utilizzando un laser CO 2. Come è noto,alti Q-fattori dell'ordine di 10 9 possono essere raggiunti 1.
La frequenza di risonanza di una microcavità è convenzionalmente monitorato attraverso la scansione della frequenza ottica di una sorgente laser sintonizzabile contemporaneamente foto-rilevamento della trasmissione ottica che viene catturata su un oscilloscopio. Un inconveniente intrinseco di questa tecnica è l'incertezza associata alla posizione di gocce nella trasmissione che nasce dalle fluttuazioni lunghezza d'onda laser o jitter laser. Per superare questa complicazione, un interferometro può essere utilizzato insieme a una microcavità per produrre un segnale di riferimento per annullare il jitter laser e aumentare la sensibilità osservata 2. Ingresso luce è diviso in due percorsi ottici: il fascio di riferimento che passa attraverso l'interferometro (con una gamma spettrale libera FSR o abbastanza grande da impedire il laser dal jittering spaziatura una frequenza FSR passato durante la misura) e il fascio di rilevamento che interacts con il microrisonatore WGM. Questa caratteristica semplifica esperimenti in confronto alle configurazioni più avanzate, come quella di rilevamento WGM che prevede la combinazione di un laser a retroazione distribuita (DFB) e niobato di litio periodicamente polarizzato (PPLN) Doubler 12. In questa pubblicazione, una tecnica interferometro per monitoraggio basato fattore altissima qualità microcavità della materia nanoscala è descritto 3. Le procedure di installazione e di acquisizione dati che sono necessari per raggiungere questo obiettivo sono delineate, illustrando come fattore di qualità cavità può essere determinato con riferimento interferometria.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questa configurazione attuale è capace di sondare una varietà di microcavità WGM, come pollici, microsfere, e microtoroids, senza richiedere alcun controllo di feedback per la sorgente laser sonda. Un notevole rapporto segnale-rumore (SNR) per il rilevamento può essere ottenuta a causa dei miglioramenti passo spostamento fornite da lunghezza del percorso ed effetti backscattering particelle indotta. Data la semplicità e il basso costo dell'interferometro riferimento stesso, questo metodo è una tecnica efficace…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare Xuan Du per costruire il diagramma concettuale della figura 1. Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni dal scienze naturali e ingegneria Research Council (NSERC) del Canada.
Materials
| Polystyrene Microspheres | PolyScience | ||
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Life Technologies | 14190 | |
| Piezoelectric Nanopositioner System | Precision Instrument | P-611.3S | |
| Balanced Photodetector | Thorlabs | PDB120A | |
| Photo Detector | Newport | 1801-FC | |
| 2 x 3-dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-50B | |
| 10-dB Fiber Optical Directional Coupler | Thorlabs | FC632-90B | |
| 2 x Drop In Polarization Controller | General Photonics | PLC-003-S-25 | |
| Function Generator | Hewlett Packard | 33120A | |
| Fusion Splicer | Ericsson | FSU-925 | |
| High-Speed Oscilloscope | Agilent | DS09404A | |
| 2 x Motorized Translation Stage with Controller | Thorlabs | MTS25-Z8E | |
| Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, Ø125 μm Cladding | Thorlabs | SM600 | |
| Real-Time Electrical Spectrum Analyzer | Tektronix | RSA3408B | |
| Optical Spectrum Analyzer | Agilent | 70951A | |
| 632.5 – 637 nm Tunable Laser | New Focus | TLB-6304 | |
| Filtration Pump | KNF labs | ||
| Ultrasonics Cleaner | Crest Ultrasonics | Powersonic 1100D | |
| Mini Vortexer | VWR | VM-3000 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Microfuge 22R |
References
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