YCK reconoce el apoyo financiero del Consejo Europeo de Investigación a través del proyecto NextPhase (ERC STG 278 616). Los autores también reconocen el apoyo del Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES, Francia) a través de la shyro proyecto (acción I + T R-S10/LN-0001-004/DA: 10076201), del proyecto ORA ANR (BLAN 031 202), y de la región de Franche-Comte, Francia.

El protocolo consiste en 5 etapas: En la primera, el susurro-gallery-mode resonador se hace. Con el fin de controlar el progreso de la limpieza del resonador, las mediciones de estado de la superficie se llevan a cabo. En la tercera etapa, fabricamos la herramienta que pondrá en marcha la luz en el resonador. Una vez que esas dos herramientas principales son fabricados, los utilizamos para visualizar ópticos resonancias de alto-Q. Por último, utilizando un haz de láser de entrada de alta potencia, el resonador se comporta de manera no lineal y Kerr peines se producen. 1. Pulido del resonador En esta etapa, una ventana óptica cristalina resonador (MgF2 o CaF 2, fácilmente disponibles en distribuidores de los componentes ópticos) se forma y se pule. Este procedimiento de pulido los convierte en resonadores WGM de alta calidad. La torre de pulido personalizado se presenta en el Esquema 1. <ol><li> Pegue la ventana óptica cristalina en unseguir que se llevará a cabo por el motor de giro del cojinete de aire. </li><li> Escudo una guía metálica en forma de V con el tejido de soporte de pulido adecuado, y verter 10 micras (polvos abrasivos de óxido de aluminio, diamante, o carburo de silicio) mezclados con agua. Acérquese a esta guía para el disco giratorio (aproximadamente 5000 rpm, 20 g de presión) y empezar a molerlo. Dependiendo del material y la velocidad de hilado, este proceso puede durar de 2 horas (para CaF 2) a 4 horas (para MgF2). Esta etapa de pulido dará su forma biconvexa al resonador. Al final de este paso, el disco debe tener la forma presentada en el Esquema 2. </li><li> El siguiente paso es generalmente llamado &quot;esmerilado y pulido&quot; procedimiento 24. Por lo general consiste en la repetición de la etapa anterior con partículas abrasivas de tamaño de 10 m, 3 m, 1 m, 250 nm y 100 nm finalmente. El tejido de soporte debe ser adaptada a cada tamaño de partícula, que es menos rígida para granos más pequeños. Para evitar arañazosy rayas, una traslación horizontal de la guía se puede realizar. En cada paso de trituración sucesiva y pulido, el estado de la superficie debe ser mejorado. </li></ol> 2. Controlar el estado de la superficie <ol><li> Un control visual bajo un microscopio óptico es el primer paso para un control de estado de la superficie: el disco es opaco a la luz en las primeras etapas, sin embargo, después de una exitosa 1 pulido partículas micras, el disco se vuelve transparente y sus caras reflejan la luz: el modo -llama se ha alcanzado pulimento óptico y el factor de calidad del resonador debe estar en el 5 10 hasta 06 10 gama. </li><li> Para abrasivo más pequeño, el ojo no es capaz de evaluar el estado de la superficie, incluso utilizando un microscopio estándar. En este punto, se necesita una medición interferométrica del estado de la superficie. Utilice un microscopio equipado con una lente de objetivo interferómetro Mirau y con una fuente de luz blanca. La imagen del resonador interfiere wiª un plano de referencia, revelando de esta manera por un cambio de fase de la luz blanca herramienta de procesamiento de la altura de la superficie de forma independiente en cada punto con una resolución de una fracción de la longitud de onda, es decir, unos pocos nanómetros. Esta medición también se puede utilizar para evaluar la curvatura del disco 25. </li><li> Mediante la modificación de la longitud entre la muestra y el objetivo, determinar la fase óptica de la reflexión resonador y el cálculo de las variaciones de altura de la superficie. Esto puede ser automatizados gracias a un ordenador dedicado, y un mapa de la altura de la superficie es creado, lo que permite la determinación de la rugosidad de la muestra. Supervisar la rugosidad de la superficie, como se explica en la Figura 1, y detener el procedimiento de afilar y pulir cuando las franjas de interferencia son la más suave posible. </li></ol> 3. Dibujo de la forma cónica Para acoplar la luz en el resonador, se necesita una muy pequeña de fibra óptica: su diámetro debe ser de alrededor de 3 micras(Alrededor de 20 veces más pequeño que un cabello humano). <ol><li> Pele una fibra de sílice monomodo estándar (SMF) de la capa de polímero plástico y en una longitud de 5 cm aproximados. Para fines de control, la fibra debe ser conectado a una fuente de láser en su entrada, y un fotodiodo en su salida. </li><li> Fijar cada tamaño de la sección sin revestir de la fibra a dos motores de alta resolución controlado por ordenador. Uso de la interfaz de la computadora de los motores, configurar que se muevan con un movimiento uniformemente acelerado, de modo que cada lado de la fibra se retiró aparte. </li><li> Calentar la fibra sin revestimiento entre los dos puntos de fijación con una lámpara de soplete durante aproximadamente 1 min antes de iniciar el estiramiento. La llama debe ser suave para no soplar la vela de distancia una vez que es muy pequeña. </li><li> Iniciar el movimiento de los motores, y por lo tanto, el estiramiento de la fibra. Una vez que se inicia el dibujo, se puede controlar la transmisión del cono a través de una fuente de láser y un fotodiodo: patrones de interferencia seaparecer durante el proceso, su frecuencia aumentará, y, por último, que desaparecerá para un diámetro de la cintura cerca de 1 m. En esta etapa, el motor y la llama debe ser detenido al mismo tiempo. </li></ol> 4. Acoplamiento Luz en el resonador WGM En esta etapa, la puesta a punto se utiliza para acoplar la luz en el resonador y para observar los modos propios de alta Q de la cavidad, que están representados en la Figura 2. <ol><li> Fijar el resonador en una etapa de traducción Piezo-controlada de 3 ejes. Aproximación a la cinta por fibra a una distancia de menos de 1 m. La posición relativa de la cinta por fibra y el resonador se controla, gracias a un microscopio, y un espejo se utiliza para controlar la posición vertical y el ángulo de inclinación. </li><li> Conectar la cinta por fibra a un diodo láser visible: el resonador debe estar encendida cuando el acoplamiento es eficiente, como se muestra en la Figura 3. </li><li> Conecte el cono de fibra deun láser de modo libre-hop con una anchura de línea estrecha (más estrecha que la anchura de línea de la resonancia) a un extremo, y un fotodiodo conectado a un osciloscopio en el otro extremo. La respuesta de transmisión del resonador se puede obtener mediante el escaneo de la longitud de onda en la entrada. Evaluar el factor de calidad del resonador mediante el espectro de transmisión obtenido, mediante el cálculo de la relación entre la frecuencia de resonancia de los modos y sus anchuras de línea (anchura total a la mitad del máximo). </li><li> Una medición más precisa se ​​realiza con el experimento &quot;-anillo de la cavidad hacia abajo&quot; 26, donde la longitud de onda de barrido es lo suficientemente rápido para obtener interferencias entre la luz resonante en descomposición en el resonador y la luz desafinado en un momento posterior. Uno puede ajustar con precisión el posicionamiento de la conicidad y el resonador para aumentar el factor Q de acoplamiento y obtener el patrón típico se muestra en la Figura 4. La curva de ajuste asociado da el factor de calidad del resonador. </li></ol&gt; 5. Generar el peine En esta última etapa, un láser de bombeo de alta potencia excita efectos no lineales en el resonador. <ol><li> Insertar un amplificador óptico entre el láser sintonizable y el resonador. </li><li> Gracias a la fotodiodo y el osciloscopio, un ajuste fino de la fuente de láser de manera que la longitud de onda de entrada está al lado de una resonancia. </li><li> Conecte la fibra de salida a un analizador de espectros ópticos de alta resolución y aumentar la potencia de entrada, mientras que desafinar ligeramente la longitud de onda de la bomba. Nuevas frecuencias que aparecerán en cada lado del pico de la bomba: este es un peine de frecuencia óptica Kerr. </li><li> El cambio de nuevo al fotodiodo, podemos observar los golpes entre los diferentes modos espectrales creadas. El uso de un filtro de paso de banda de microondas, se puede aislar una frecuencia pura en esta señal eléctrica con muy bajo nivel de ruido. </li></ol>

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Este protocolo permite producir resonadores ópticos de alta Q, para acoplar la luz en ellos y desencadenar fenómenos no lineales para diferentes aplicaciones de microondas fotónica. La primera etapa de rectificado de desbaste debe dar su forma a resonador. Después de una hora de la molienda con el polvo abrasivo 10 micras, un lado de la llanta del resonador debe ser convenientemente en forma de (véase el Esquema 2). El siguiente paso será suavizar la superfici...

Whispering galería resonadores modo son discos o esferas de micro o milimétrica radio 1,2,3,4. A condición de que el resonador es casi perfecta forma (rugosidad superficial nanómetros de tamaño), la luz láser puede ser atrapado por reflexión interna total dentro de sus modos propios, que generalmente se conocen como modos susurro-galería (WGM). Su rango espectral libre (o frecuencia intermodal) puede variar de GHz para THz dependiendo de radio del resonador, mientras que su factor de calidad Q puede ser excepcionalmente alto 5, que va desde julio 10 a noviembre 10. Debido a sus propiedades únicas de almacenamiento y ralentizar la luz, WGM resonadores ópticos se han utilizado para realizar muchas tareas de procesamiento de señales ópticas 3: filtrado, amplificación, retraso de tiempo, etc. Con la mejora continua de las tecnologías de fabricación, sus factores de calidad sin precedentes hacen adecuados para aplicaciones más exigentes en materia de metrología o quantum aplicaciones basadas en 6-13. En estos resonadores de ultra-alta Q, el pequeño volumen de confinamiento, de alta densidad de fotones, y la larga vida útil de fotones (proporcional a Q) inducir una interacción luz-materia muy fuerte, que puede excitar los diferentes WGM a través de diversos efectos no lineales, como Kerr, Raman, o de Brillouin por ejemplo 14-19. Usando los fenómenos no lineales en susurrando galería resonadores modo se propuso como un cambio de paradigma prometedor para microondas ultrapura y la generación de ondas de luz. El hecho de que este tema se cruza con muchas áreas de la ciencia y la tecnología fundamental es un claro indicador de su fuerte impacto potencial en una amplia gama de disciplinas. En particular, las tecnologías de ingeniería aeroespacial y la comunicación son actualmente necesitan microondas versátil y señal de onda de luz con coherencia excepcional. La tecnología WGM tiene varias ventajas sobre los métodos potenciales existentes o de otro: simplicidad conceptual, higher robustez, menor consumo de energía, tiempo de vida más largo, la inmunidad a las interferencias, volumen muy compacto, versatilidad frecuencia, una fácil integración de chip, así como un fuerte potencial para la integración de la corriente principal de los componentes fotónicos estándar tanto para las tecnologías de microondas y de ondas de luz. En la ingeniería aeroespacial, osciladores de cuarzo son abrumadoramente dominante como fuentes de microondas clave tanto para los sistemas de navegación (aviones, satélites, naves espaciales, etc) y los sistemas de detección (radares, sensores, etc.) Sin embargo, se reconoce hoy por unanimidad que el rendimiento estabilidad de la frecuencia de los osciladores de cuarzo está llegando a su piso, y no mejorará significativamente más. En la misma línea, su versatilidad de frecuencias es limitado y difícilmente permitirá la generación de microondas ultra-estable más allá de 40 GHz. Se espera que los osciladores de microondas fotónicos para superar estas limitaciones. Por otra parte, en la comunicación de ingeniería, microondas fotónTambién se espera que los osciladores ic ser componentes clave en las redes de comunicación óptica en el que se realizará la conversión de ondas de luz / microondas con una eficiencia sin precedentes. Ellos también son compatibles con la tendencia en curso de componentes completa-ópticos compactos en la tecnología de ondas de luz, que permiten el procesamiento de ultra-rápido [Conversión arriba / abajo, (de) la modulación, la amplificación, la multiplexación, mezcla, etc], sin la necesidad de manipular masiva (y, a continuación, lento) electrones. Este concepto de circuitos fotónicos compactas donde los fotones controlan fotones a través de medios no lineales pretende eludir el cuello de botella procedente de ancho de banda óptica prácticamente ilimitada frente limitada velocidad de procesamiento optoelectrónico. Sistemas de comunicaciones ópticas son también muy exigentes para la ultra-bajas microondas de ruido de fase con el fin de satisfacer tanto clocking (bajo ruido de fase es equivalente a bajo tiempo de fluctuación de fase) y ancho de banda (las tasas de bits aumentará proporcionalmente a la frecuencia de reloj) requisitos. De hecho, en alta velocidad communicación redes, tales osciladores ultra-estables son referencias fundamentales para varios propósitos (oscilador local para arriba / abajo de conversión de frecuencia, la sincronización de la red, la síntesis de portadora, etc). Fenómenos no lineales en resonadores WGM también abren nuevos horizontes de la investigación para otras aplicaciones, como el láser Raman y Brillouin. Más generalmente, estos fenómenos se pueden combinar dentro de la perspectiva más amplia de los fenómenos no lineales en cavidades ópticas y guías de onda, y es un paradigma fructífero para cristalino o fotónica de silicio. El confinamiento fuerte y muy larga vida útil de los fotones en los WGM toro-como también ofrecen un excelente banco de pruebas para investigar cuestiones fundamentales en materia condensada y la física cuántica. La carrera de precisión cada vez mayor en señales electromagnéticas también contribuye a responder a las preguntas por excelencia en la física, en relación con la relatividad (pruebas de invariancia de Lorentz), o la medición de las constantes físicas fundamentales de unND su posible variación con el tiempo. En este artículo, los diferentes pasos necesarios para obtener resonadores-gallery en modo susurro ópticos cristalinos (WGM) se describen y su caracterización se explica. También se presenta es el protocolo para obtener la fibra cónica de alta calidad necesaria a la luz láser pareja en estos resonadores. Por último, una aplicación insignia de estos resonadores en el campo de la fotónica de microondas, a saber, la generación de ultra-estable microondas usando Kerr peines, se presenta y discute. En la primera sección, se detalla el protocolo seguido para la obtención de muy alta WGM resonadores Q. Nuestro método se basa en un enfoque de molienda y pulido, que recuerda a las técnicas estándar que se utiliza para pulir componentes ópticos como lentes o espejos del telescopio. La segunda sección está dedicada a la caracterización de la rugosidad superficial. Utilizamos un sin contacto blanco perfilómetro interferométrico luz para medir la superficie roughness que conduce a la superficie de dispersión de las pérdidas inducidas y disminuir de este modo el rendimiento de factor Q. Este paso es una importante prueba experimental para evaluar la calidad del pulido. En la tercera sección se ocupa de la fabricación de una fibra de sílice cónica con un diámetro en el rango micrométrico para lanzar la luz en el resonador. Para llegar a estos pequeños diámetros, adoptamos la técnica de &quot;flame-brushing&quot;, utilizando simultáneamente motores controlados por computadora para tirar de la fibra por sí, y un soplete para calentar la superficie de la fibra a ser cónica 20. En la cuarta sección, el resonador y la fibra cónica se aproximan el uno al otro para visualizar la señal de resonancia de los modos de galería susurrante utilizando un láser de longitud de onda de exploración. Se demuestra en la quinta sección cómo, mediante el aumento de la potencia óptica en el resonador, logramos desencadenar fenómenos no lineales hasta que se observa la formación de Kerr frecuencia óptica peines, con un espectro hecho de líneas espectrales equidistantes. Como emphasized anteriormente, estos Kerr espectros de peine tiene características excepcionales que son adecuados para varias aplicaciones en la ciencia y la tecnología de 21-23. Vamos a considerar una de las aplicaciones más destacadas de resonadores WGM, demostrando una señal multi-longitud de onda óptica cuya frecuencia intermodal es un microondas ultra-estable.

<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td> Material Name</td>
 <td>Company</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Step motors 50 mm course</td>
 <td>Thorlabs</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>3 axis nanostage</td>
 <td>Physik Instrumente</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TUNICS tunable laser source</td>
 <td>Yenista</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical spectrum analyzer APEX</td>
 <td>APEX Technologies</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

microwave photonics systems based on whispering-gallery-mode resonators

Sistemas fotónica de microondas se basan fundamentalmente en la interacción entre microondas y señales ópticas. Estos sistemas son muy prometedores para diversas áreas de la tecnología y la ciencia aplicada, como la aeroespacial y la ingeniería de la comunicación, sensores, metrología, no lineal fotónica y óptica cuántica. En este artículo, se presentan las principales técnicas utilizadas en nuestro laboratorio para construir sistemas de la fotónica de microondas basado en ultra-altas galería de los suspiros resonadores modo Q. En primer lugar detalla en este artículo es el protocolo para el pulido resonador, que se basa en una técnica de molienda y pulido de cerca a las que se usan para pulir componentes ópticos tales como lentes o espejos de telescopios. Entonces, una medidas perfilómetro interferométrico rugosidad luz blanca superficie, que es un parámetro clave para caracterizar la calidad del pulido. Con el fin de poner en marcha la luz en el resonador, se utiliza una fibra de sílice cónica con un diámetro en el rango de los micrómetros. Para llegar tan pequeño diámetros, adoptamos la técnica de &quot;flame-brushing&quot;, utilizando motores simultáneamente controlados por computadora para tirar de la fibra por sí, y un soplete para calentar el área de la fibra a ser cónica. El resonador y la fibra cónica más tarde se acercaron el uno al otro para visualizar la señal de resonancia de los modos de galería susurrante utilizando un láser de longitud de onda de exploración. Mediante el aumento de la potencia óptica en los fenómenos no lineales resonador, se activan hasta que se observa la formación de un peine de frecuencia óptica Kerr con un espectro hecho de líneas espectrales equidistantes. Estos espectros peine Kerr tiene características excepcionales que son adecuados para diversas aplicaciones en la ciencia y la tecnología. Consideramos que la aplicación relacionada con la síntesis de frecuencia de microondas de ultra-estable y demostramos la generación de un peine de Kerr con frecuencia GHz intermodal.

Este protocolo de cinco pasos permite obtener resonadores WGM con factores de muy alta calidad para aplicaciones fotónicas microondas. El primer paso tiene como objetivo dar al resonador de la forma deseada, tal como se representa en el Esquema 2. La principal dificultad reside en la fabricación de un disco cuyo borde es bastante fuerte por lo que puede limitar fuertemente los fotones atrapados, sin dar lugar a la fragilidad estructural desde un punto de vista mecánico. E...

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Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Se presentan las técnicas personalizadas desarrolladas en nuestro laboratorio para construir sistemas de la fotónica de microondas basado en ultra-altas galería de los suspiros resonadores modo Q. Los protocolos para la obtención y caracterización de estos resonadores se detallan, y se da una explicación de algunas de sus aplicaciones en fotónica de microondas.

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

16.8K vistas.  FEMTO-ST Institute. Se presentan las técnicas personalizadas desarrolladas en nuestro laboratorio para construir sistemas de la fotónica de microondas basado en ultra-altas galería de los suspiros resonadores modo Q. Los protocolos para la obtención y caracterización de estos resonadores se detallan, y se da una explicación de algunas de sus aplicaciones en fotónica de microondas.

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Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

Los metamateriales Fabricacion mediante el método de dibujo de fibra

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Investigación

Ingeniería

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

Desarrollo de la Whispering Gallery Mode poliméricos micro-ópticos Sensores de campos eléctricos

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Análisis de Contacto Interfaces para individuales GaN nanocables Dispositivos

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius &#039;Artemia salina&#039; by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

Analizando el movimiento de la Nauplio &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Por Optical Tracking de plasmónicas nanopartículas

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Área selectivo Modificación de humectabilidad de la superficie del silicio por pulsos láser UV irradiación en Ambiente Líquido

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

La escritura de Bragg en fibras Multicore

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabricación y caracterización de resonadores superconductores

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

Estimulada Stokes y Antistokes Raman Scattering en microesférico Whispering Gallery Mode resonadores

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Compuestos nanoestructurados Ag-zeolita como sensores de humedad basados ​​en luminiscencia

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

La fabricación de resonadores de anillo partido basadas en nanopilares para la corriente de desplazamiento mediadas resonancias en terahercios metamateriales

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

Microondas Fotónica sistemas basados en resonadores-gallery-mode Whispering