Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical 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
Cavidade optomechanics experimentos que parametricamente casal modos fônons e modos de fótons têm sido investigados em vários sistemas ópticos incluindo microresonators. Experimentos optomechanical No entanto, por causa do aumento as perdas por radiação acústica durante a imersão líquido directo de dispositivos optomechanical, quase todos publicados foram realizados na fase sólida. Este artigo discute um ressonador optomechanical microfluídicos oco introduzido recentemente. Metodologia detalhada é fornecida para fabricar esses ultra-alta Q ressonadores microfluídicos, realizar testes optomechanical e medir modo respiratório orientado a pressão de radiação e as vibrações paramétricas modo galeria sussurrante SBS-driven. Ao limitar os líquidos dentro do ressonador capilar, os fatores de alta qualidade óptica mecânica e são simultaneamente mantida.
Introduction
Optomechanics cavidade estuda o acoplamento paramétrica entre os modos de fônons e modos de fótons em microresonators por meio de pressão de radiação (RP) 1-3 e estimulado espalhamento de Brillouin (SBS) 4-6. SBS e mecanismos RP foram demonstrados em muitos sistemas ópticos diferentes, tais como fibras de 7, microesferas de 4,6,8, 1,9, e os toros ressonadores cristalinos 5,10. Através deste acoplamento fóton-fônon, tanto de refrigeração 11 e excitação de 6,10 modos mecânicos têm sido demonstrados. No entanto, quase todos relataram optomechanics experimentos são com fases sólidas da matéria. Isto é porque a imersão líquido directo dos dispositivos optomechanical resulta em muito maior perda radiativa acústico, devido à maior impedância de líquidos em relação em relação ao ar. Além disso, em algumas situações de perda de mecanismos de dissipação de líquidos pode exceder as perdas acústicas radiativas.
Recentemente, um novo tipo de oscilador optomechanical oco com uma geometria microcapilar foi introduzido 12-15, e que por design é equipado para experimentos microfluídicos. O diâmetro do capilar é modulada ao longo de seu comprimento para formar vários ressonadores 'garrafa' que confinam simultaneamente ópticos sussurrando-gallery ressonâncias 16, bem como os modos de ressonância mecânicas 17. Várias famílias de modos ressonantes mecânicos participar, incluindo os modos de respiração, modos de vinho de vidro, e os modos acústicos sussurrando-galeria. O copo de vinho (em pé de onda) e sussurrando-gallery acústico (-onda viajante) ressonâncias são formadas quando uma vibração com múltiplo inteiro de comprimentos de onda acústica ocorre em torno da circunferência do dispositivo. A luz é evanescently acoplada nos sussurrando-gallery ópticos modos de desses frascos "por meio de uma fibra óptica cônica 18. Confinamento do líquido no interior do ressonador 19,20 capilar, quantocontrário de fora dele, ativa fatores de alta qualidade óptica e mecânica-em simultâneo, o que permite a excitação óptica de modos mecânicos por meio de ambos RP e SBS. Tal como foi mostrado, estas excitações mecânicas são capazes de penetrar o fluido no interior do dispositivo de 12,13, formando um modo ressonante sólido-líquido comum, permitindo assim uma interface óptico-mecânico para o ambiente de fluidos dentro.
Neste artigo descrevemos fabricação, RP e SBS atuação e resultados de medição representativas para este sistema optomechanical romance. Listas de materiais e ferramentas específicas também são fornecidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Temos fabricado e testado um novo dispositivo que faz a ponte entre optomechanics cavidade e microfluídica, empregando de alto Q ressonâncias ópticas para excitar (e interrogar) vibrações mecânicas. É surpreendente que vários mecanismos de excitação estão disponíveis no mesmo dispositivo, o que gera uma variedade de modos de vibração mecânicas a taxas que medem 2 MHz a 11,300 MHz. Pressão de radiação centrífuga suporta ambos os modos copo de vinho e modos respiratórios no período de 2-200 MHz, Forwa…
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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