Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren
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
Cavity Optomechanik Experimente, die parametrisch koppeln die Phononenmoden und Photonenarten wurden in verschiedenen optischen Systemen einschließlich Mikroresonatoren untersucht. Da jedoch der erhöhte Schallstrahlungsverluste beim direkten Eintauchen in Flüssigkeit von optomechanische Geräte, die fast alle veröffentlicht optomechanischen Experimente haben in der festen Phase durchgeführt. Dieses Papier beschreibt eine kürzlich eingeführte Hohl mikrofluidischen optomechanischen Resonator. Detaillierte Methodik ist vorgesehen, um diese Ultra-High-Q-Resonatoren herzustellen Mikrofluidik, führen optomechanische Tests, und messen Strahlungsdruck-Atemmodus gefahren und SBS-driven Whispering-Gallery-Modus para Vibrationen. Durch die Beschränkung von Flüssigkeiten in der Kapillare Resonator, werden hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig gepflegt.
Introduction
Cavity Optomechanik studiert die parametrische Kopplung zwischen Phononenmoden und Photonenmoden in Mikroresonatoren mittels Strahlungsdruck (RP) 1-3 und stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) 6.4. SBS-und RP-Mechanismen in verschiedenen optischen Systemen, wie beispielsweise Fasern 7, 4,6,8-Mikrokugeln, 1,9 Toroide und kristalline Resona 5,10 nachgewiesen. Durch dieses Photon-Phonon-Kopplung, sowohl Kühl 11 und 6,10 Anregung von mechanischen Arten nachgewiesen worden. Doch fast alle gemeldeten Optomechanik Experimente sind mit festen Phasen der Materie. Dies liegt daran, direkten Flüssigkeitseintauchen der optomechanischen Vorrichtungen ergibt stark erhöhte Strahlungs akustischen Verlust aufgrund der höheren Impedanz der Flüssigkeiten verglichen Luft. Darüber hinaus in einigen Situationen dissipative Verlustmechanismen in Flüssigkeiten können die Strahlungs akustische Verluste übersteigen.
Ror kurzem, eine neue Art von Hohloptomechanischen Oszillator mit einer Mikrokapillar Geometrie wurde eingeführt, 12-15, und die durch Design ist für mikrofluidische Experimente ausgestattet. Der Durchmesser dieser Kapillare entlang seiner Länge moduliert, um mehrere "Flaschenresonatoren", die gleichzeitig beschränken optischen Whispering-Gallery-Resonanzen 16 sowie mechanische Resonanzmoden 17 zu bilden. Mehrere Familien der mechanischen Resonanz Modi teilnehmen, einschließlich Atemarten, Wein-Glas-Modi und Whispering-Gallery-akustischen Moden. Das Weinglas (Stehwelle) und Whispering-Gallery-akustisch (Wanderwellen) Resonanzen entstehen, wenn eine Schwingung mit ganzzahligen Vielfachen der Schallwellenlängen um das Gerät Umfang auftritt. Licht evaneszent in die optische Whispering-Gallery-Moden dieser "Flaschen" mittels einer verjüngten optischen Faser 18 gekoppelt. Confinement der Flüssigkeit im Inneren der Kapillare 19,20 Resonator, wiesie außerhalb gegenüberliegen, ermöglicht eine hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig, was die optische Anregung von mechanischen Moden mittels sowohl RP und SBS ermöglicht. Wie sich gezeigt hat, sind diese mechanischen Erregungen können innerhalb der Vorrichtung 12,13 in das Fluid zu durchdringen, bilden ein gemeinsames Fest-Flüssig-Resonanzmodus, wodurch eine optomechanische Schnittstelle zur Fluidumgebung innerhalb.
In diesem Beitrag beschreiben wir die Herstellung, RP und SBS Betätigung und repräsentative Messergebnisse für diese neuartige optomechanischen Systems. Spezifische Material-und Werkzeuglisten sind ebenfalls vorhanden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir haben hergestellt und getestet ein neues Gerät, das zwischen Resonator-Optomechanik und Mikrofluidik überbrückt durch den Einsatz von High-Q optischen Resonanzen zu begeistern (und verhören) mechanische Schwingung. Es ist überraschend, dass mehrere Anregungsmechanismen sind in der gleichen Gerät zur Verfügung, die eine Vielzahl von mechanischen Schwingungsmoden bei Raten überspannt 2 MHz bis 11.300 MHz generieren. Kreiselstrahlungsdruck unterstützt beide Modi Weinglas und Atem Modi in der Spanne 2-200 MHz, …
Disclosures
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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