YCK reconnaît le soutien financier du Conseil européen de la recherche à travers le projet NextPhase (ERC StG ​​278616). Les auteurs reconnaissent également le soutien du Centre National d&#39;Etudes Spatiales (CNES, France) à travers le SHYRO projet (action R-S10/LN-0001-004/DA R &amp; T: 10.076.201), du projet ANR ORA (Blanchard 031202), et de la région de Franche-Comté, France.

Le protocole consiste en 5 étapes principales: dans la première, la galerie de chuchotement en mode de résonateur est fait. Afin de contrôler la progression du polissage du résonateur, des mesures d&#39;état de surface sont effectués. Dans la troisième étape, nous fabriquons l&#39;outil qui va lancer la lumière dans le résonateur. Une fois ces deux outils principaux sont fabriqués, nous les utilisons pour visualiser résonances haute-Q optiques. Enfin, en utilisant un faisceau laser entrée de forte puissance, le résonateur se comporte de façon non linéaire et peignes Kerr sont produites. 1. Polissage le résonateur A ce stade, une fenêtre optique cristalline résonateur (MgF 2 ou CaF 2, facilement disponibles chez les détaillants de composants optiques) est façonnée et polie. Cette procédure de polissage les convertit en résonateurs WGM haute qualité. La tour de polissage personnalisée est présenté dans le schéma 1. <ol><li> Coller la fenêtre optique cristalline sur uncoller qui peut être tenue par le moteur de broche avec palier à air. </li><li> Manteau un guide métallique en forme de V avec le tissu de support de polissage appropriée, et verser 10 um (poudres abrasives d&#39;oxyde d&#39;aluminium, de diamant ou de carbure de silicium) mélangés avec de l&#39;eau. Cette approche guide pour le disque en rotation (environ 5000 rpm, 20 pression g) et commencer à moudre. En fonction du matériau et de la vitesse de filage, ce procédé peut durer de 2 heures (pour CaF 2) à 4 h (pour MgF 2). Cette étape de polissage donnera sa forme bi-convexe au résonateur. A la fin de cette étape, le disque doit avoir la forme présentée dans le schéma 2. </li><li> L&#39;étape suivante est généralement appelé &quot;meulage et le polissage&quot; procédure 24. Elle consiste habituellement en répétant l&#39;étape précédente avec des particules abrasives de taille 10 um, 3 pm, 1 pm, 250 nm, et enfin 100 nm. Le tissu de soutien doit être adaptée à la taille de chaque particule, étant moins raide pour des grains plus petits. Pour éviter les rayureset rayures, une translation horizontale du guide peut être effectuée. A chaque étape de broyage successives et le polissage, l&#39;état de la surface doit être améliorée. </li></ol> 2. Contrôle de l&#39;état de la surface <ol><li> Un contrôle visuel sous un microscope optique est la première étape pour un contrôle de l&#39;état de surface: le disque est opaque à la lumière dans les premières étapes, mais, après un succès 1 um polissage de particules, le disque devient transparent et ses côtés réfléchir la lumière: la manière on appelle poli optique a été atteinte et le facteur de qualité du résonateur doit être dans le 10 mai-10 juin gamme. </li><li> Pour les plus petits abrasif, l&#39;œil n&#39;est pas en mesure d&#39;évaluer l&#39;état de la surface, même en utilisant un microscope standard. À ce stade, une mesure interférométrique de l&#39;état de surface est nécessaire. Utilisation d&#39;un microscope équipé d&#39;une lentille d&#39;objectif d&#39;interféromètre Mirau, et avec une source de lumière blanche. L&#39;image du résonateur interfère wie un plan de référence, révélant ainsi une phase de la lumière blanche de décalage outil de traitement de la hauteur de la surface de manière indépendante au niveau de chaque point avec une résolution d&#39;une fraction de la longueur d&#39;onde, à savoir de quelques nanomètres. Cette mesure peut également être utilisée pour évaluer la courbure du disque 25. </li><li> En modifiant la distance entre l&#39;échantillon et l&#39;objectif, de déterminer la phase de la réflexion optique de résonateur et de calculer les variations de hauteur de la surface. Cela peut être automatisés grâce à un ordinateur dédié, et une carte de la hauteur de la surface est créé, permettant la détermination de la rugosité de l&#39;échantillon. Surveiller la rugosité de surface, comme expliqué dans la figure 1, et d&#39;arrêter la procédure de meulage polissage lorsque les franges d&#39;interférences sont le plus lisse possible. </li></ol> 3. Dessin du Cône Pour coupler la lumière dans le résonateur, une très petite fibre optique est nécessaire: son diamètre doit être d&#39;environ 3 pm(Environ 20 fois inférieure à celle d&#39;un cheveu humain). <ol><li> Dépouiller une fibre standard de silice monomode (SMF) de son plastique et le revêtement de polymère sur une participation d&#39;environ 5 cm de longueur. A des fins de contrôle, la fibre doit être connectée à une source laser au niveau de son entrée, et une photodiode à sa sortie. </li><li> Fixer chaque dimension de la section non revêtue de la fibre à deux moteurs à haute résolution pilotée par ordinateur. Utilisation de l&#39;interface de l&#39;ordinateur des moteurs, les configurer pour se déplacer avec un mouvement accéléré en permanence, de sorte que chaque côté de la fibre sera déchirée. </li><li> Faire chauffer la fibre non couché entre les deux points de fixation avec une lampe de chalumeau pendant environ 1 min avant de commencer l&#39;étirement. La flamme doit être doux afin de ne pas souffler la bougie loin une fois il est très petit. </li><li> Démarrez le mouvement des moteurs, et donc, l&#39;étirement de la fibre. Une fois que le dessin est commencé, on peut contrôler l&#39;envoi du cône à l&#39;aide d&#39;une source laser et une photodiode: motifs d&#39;interférence volontéapparaître au cours du processus, leur fréquence augmentera, et, finalement, ils vont disparaître pour un diamètre de taille près de 1 um. A ce stade, le moteur et la flamme doivent être arrêtés simultanément. </li></ol> 4. Couplage de la lumière dans le résonateur WGM A ce stade, le cône est utilisé pour coupler la lumière dans le résonateur et d&#39;observer les modes propres de haute-Q de la cavité, qui sont représentés dans la figure 2. <ol><li> Fixer le résonateur sur une platine de translation piézo-contrôlée 3 axes. Approcher au fuseau de fibres à une distance de moins de 1 um. La position relative du fuseau de fibres et le résonateur est surveillée, grâce à un microscope, et un miroir est utilisé pour commander le positionnement vertical et l&#39;angle d&#39;inclinaison. </li><li> Connectez le cône fibre à une diode laser visible: le résonateur doit être allumé lorsque le couplage est efficace, comme le montre la figure 3. </li><li> Connectez le cône en fibre deun laser en mode libre-hop avec une largeur de raie étroite (plus étroite que la largeur de raie de la résonance) à une extrémité, et une photodiode reliée à un oscilloscope sur l&#39;autre extrémité. La réponse de la transmission du résonateur peut être obtenu par balayage de la longueur d&#39;onde à l&#39;entrée. Évaluer le facteur de qualité du résonateur à l&#39;aide du spectre de transmission obtenu en calculant le rapport entre la fréquence de résonance des modes et leurs largeurs de raies (largeur totale à mi-hauteur). </li><li> Une mesure plus précise est réalisée à l&#39;expérimentation &quot;cavité torique en bas&quot; 26, où la longueur d&#39;onde de balayage est suffisamment rapide pour obtenir des interférences entre la lumière de résonance se désintégrant dans le résonateur et la lumière désaccordé à un moment ultérieur. On peut affiner le positionnement du cône et le résonateur pour augmenter le facteur de couplage et obtenir le modèle typique de la figure 4. La courbe d&#39;ajustement associé donne le facteur de qualité du résonateur. </li></ol&gt; 5. Génération du Peigne Dans cette dernière étape, un laser de pompe de forte puissance excite des effets non linéaires dans le résonateur. <ol><li> Insérer un amplificateur optique entre le laser et le résonateur accordable. </li><li> Merci à la photodiode et un oscilloscope, d&#39;affiner la source laser de sorte que la longueur d&#39;onde d&#39;entrée est à côté d&#39;une résonance. </li><li> Connecter la fibre de sortie à un analyseur de spectre optique à haute résolution et d&#39;augmenter la puissance d&#39;entrée tout en désaccordant légèrement la longueur d&#39;onde de pompe. Nouvelles fréquences apparaissent de chaque côté de la crête de la pompe: il s&#39;agit d&#39;un peigne de fréquence optique Kerr. </li><li> Mise en revenir à la photodiode, nous pouvons observer les coups entre les différents modes spectraux créés. L&#39;utilisation d&#39;un filtre passe-bande à microondes, on peut isoler une fréquence pure dans ce signal électrique à très faible bruit. </li></ol>

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Les auteurs déclarent qu&#39;ils n&#39;ont aucun intérêt financier concurrents.

Ce protocole permet de produire des résonateurs optiques haute-Q, pour coupler la lumière en eux et déclencher des phénomènes non linéaires pour diverses applications photoniques. La première étape de dégrossissage devrait donner sa forme à résonateur. Après une heure de broyage avec de la poudre abrasive de 10 um, d&#39;un côté de la jante du résonateur doit être idéalement en forme (voir schéma 2). L&#39;étape suivante sera lisser la surface du ...

Whispering Gallery Mode résonateurs sont des disques ou sphères de la micro-ou millimétrique rayon 1,2,3,4. Pourvu que le résonateur est presque parfaitement en forme (taille nanométrique rugosité de surface), la lumière laser peut être piégée par réflexion interne totale dans ses modes propres, qui sont habituellement désignés comme modes murmure-galerie (WGMS). Leur gamme spectrale libre (ou fréquence intermodal) peut varier d&#39;GHz à THz selon le rayon du résonateur, tandis que leur facteur de qualité Q peut être exceptionnellement élevé 5, allant de 7 octobre au 11 octobre. En raison de leur propriété unique de stockage et de ralentir la lumière, résonateurs optiques WGM ont été utilisés pour effectuer de nombreuses tâches de traitement de signaux optiques 3: filtrage, amplification, le temps retardement, etc. Avec l&#39;amélioration continue des technologies de fabrication, leurs facteurs de qualité sans précédent rendent approprié pour une application encore plus exigeante en matière de métrologie ou quantum applications basées 6-13. Dans ces résonateurs ultra-Q élevé, le faible volume de confinement, une forte densité de photons, et durée de vie du photon de longueur (proportionnelle à Q) induisent une interaction lumière-matière très forte, ce qui peut exciter les différents WGMS par divers effets non linéaires, comme Kerr, Raman ou Brillouin par exemple de 14 à 19. Utilisant des phénomènes non linéaires en chuchotant Mode Galerie résonateurs a été proposé comme un changement de paradigme prometteur pour micro-ondes ultra-pure et la production d&#39;ondes lumineuses. Le fait que ce sujet recoupe de nombreux domaines de la science et de la technologie fondamentale est un indicateur clair de son impact potentiel très fort sur un large éventail de disciplines. En particulier, les technologies d&#39;ingénierie aérospatiale et de la communication ont actuellement besoin de micro-ondes polyvalent et le signal d&#39;onde lumineuse avec une cohérence exceptionnelle. La technologie WGM a plusieurs avantages par rapport aux méthodes existantes futurs ou autre: simplicité conceptuelle, hENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR robustesse, petite consommation d&#39;énergie, une plus longue vie, immunité aux interférences, volume très compact, la polyvalence de fréquence, l&#39;intégration de la puce facile, ainsi qu&#39;un fort potentiel pour intégrer le courant dominant de composants photoniques standards pour les technologies micro-ondes et ondes lumineuses. En génie aérospatial, oscillateurs à quartz sont largement dominante en tant que sources de micro-ondes pour les deux principaux systèmes de navigation (avions, satellites, engins spatiaux, etc) et les systèmes de détection (radars, capteurs, etc.) Cependant, il est unanimement reconnu aujourd&#39;hui que la fréquence performances de stabilité des oscillateurs à quartz atteint son plancher, et ne va pas améliorer significativement plus. Dans la même ligne, leur versatilité de fréquence est limitée et ne sera guère permettre la génération de micro-ondes ultra-stable au-delà de 40 GHz. Micro-ondes photoniques oscillateurs sont attendus pour surmonter ces limitations. D&#39;autre part, en communication ingénierie, micro-ondes photonOn s&#39;attend également oscillateurs ic être des éléments clés dans les réseaux de communication optique où ils exerceraient l&#39;onde lumineuse / micro-ondes conversion avec une efficacité sans précédent. Ils sont également compatibles avec la tendance actuelle des composants optiques compacts plein dans la technologie d&#39;ondes lumineuses qui permettent un traitement ultra-rapide [up / down conversion, (de) modulation, amplification, de multiplexage, de mixage, etc] sans avoir besoin de manipuler massif (et puis, lentement) électrons. Ce concept de circuits photoniques compacts où les photons contrôlent photons via les médias non-linéaires vise à contourner le goulot d&#39;étranglement provenant de la bande passante optique pratiquement illimitée contre limité la vitesse de traitement opto-électronique. Systèmes de communications optiques sont aussi très exigeants pour les micro-ondes de bruit ultra-faible de phase afin de satisfaire à la fois d&#39;horloge (faible bruit de phase est équivalent à temps faible jitter) et la bande passante (débits augmenter proportionnellement à la fréquence d&#39;horloge) exigences. En effet, en haut-débit communles réseaux de ication, tels oscillateurs ultra-stables sont des références fondamentales pour plusieurs objectifs oscillateur local (pour le haut / conversion de fréquence vers le bas, la synchronisation du réseau, de la synthèse de support, etc.) Phénomènes non linéaires dans les résonateurs WGM ouvrent également de nouveaux horizons de recherche pour d&#39;autres applications, telles que les lasers Raman et Brillouin. Plus généralement, ces phénomènes peuvent être fusionnés dans la perspective plus large de phénomènes non linéaires dans les cavités optiques et guides d&#39;ondes, et c&#39;est un paradigme fécond pour la photonique silicium cristallin ou. Le fort confinement et de très longue durée de vie des photons dans les WGMS en forme de tore offrent également un banc d&#39;essai excellente pour enquêter sur des questions fondamentales en la matière condensée et de la physique quantique. La course au toujours plus grande précision des signaux électromagnétiques contribue également à répondre à des questions par excellence en physique, liés à la relativité (tests d&#39;invariance de Lorentz), ou la mesure des constantes physiques fondamentales d&#39;unend leur possible évolution dans le temps. Dans cet article, les différentes étapes nécessaires à l&#39;obtention-galerie-mode chuchotement résonateurs optiques cristallins (WGM) sont décrits et leur caractérisation est expliqué. Également présenté est le protocole pour obtenir la fibre conique de haute qualité nécessaire à la lumière laser couple dans ces résonateurs. Enfin, une application phare de ces résonateurs dans le domaine des micro-ondes photonique, à savoir ultra-stable génération de micro-ondes en utilisant Kerr peignes, est présenté et discuté. Dans la première section, nous détaillons le protocole suivi pour obtenir des ultra-hautes Q WGM résonateurs. Notre méthode repose sur une approche grind et polonais, qui n&#39;est pas sans rappeler les techniques classiques utilisées pour polir les composants optiques tels que des lentilles ou des miroirs de télescope. La deuxième section est consacrée à la caractérisation de la rugosité de surface. Nous utilisons un non-blanc contact profilomètre interférométrique la lumière pour mesurer la surface roughness qui mène à la surface des pertes induites par la diffusion et abaisser ainsi la performance du facteur Q. Cette étape est un test expérimental important d&#39;évaluer la qualité du polissage. La troisième section porte sur la fabrication d&#39;une fibre de silice conique avec un diamètre dans la gamme du micromètre, afin de lancer la lumière dans le résonateur. Pour atteindre ces petits diamètres, nous adoptons la technique &quot;flamme-brossage&quot;, en utilisant des moteurs simultanément contrôlés par l&#39;ordinateur pour tirer la fibre à part, et un chalumeau pour chauffer la zone fibre à être effilé 20. Dans la quatrième section, le résonateur et la fibre effilée sont approchés les uns aux autres de visualiser le signal de résonance des modes de galerie à l&#39;aide d&#39;un laser de longueur d&#39;onde de balayage. Nous montrons dans la cinquième section comment, en augmentant la puissance optique dans le résonateur, on arrive à déclencher des phénomènes non linéaires jusqu&#39;à ce que nous observons la formation de Kerr fréquence optique peignes, avec un spectre composé de raies équidistantes. Comme emphasized ci-dessus, ces spectres en peigne Kerr ont des caractéristiques exceptionnelles qui conviennent à plusieurs applications à la fois la science et la technologie 21-23. Nous allons examiner l&#39;une des applications les plus remarquables de résonateurs WGM en démontrant un signal multi-longueur d&#39;onde optique dont la fréquence intermodal est un micro-ondes ultra-stable.

<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

Systèmes photoniques à micro-ondes s&#39;appuient fondamentalement sur l&#39;interaction entre les micro-ondes et signaux optiques. Ces systèmes sont extrêmement prometteurs dans divers domaines de la technologie et des sciences appliquées, telles que l&#39;aéronautique et génie des communications, la détection, la métrologie, la photonique non linéaire, et l&#39;optique quantique. Dans cet article, nous présentons les principales techniques utilisées dans notre laboratoire pour construire des systèmes photoniques à base de micro-ondes Q chuchotement mode galerie résonateurs ultra-haute. Première détaillé dans cet article est le protocole pour le polissage résonateur, qui est basé sur une technique grind-and-polonais proche de ceux utilisés pour polir composants optiques tels que des lentilles ou des miroirs de télescope. Ensuite, un léger Mesures profilomètre rugosité de surface blanc interférométrique, qui est un paramètre clé pour caractériser la qualité du polissage. Pour l&#39;amorçage de la lumière dans le résonateur, une fibre de silice conique avec un diamètre de l&#39;ordre du micromètre est utilisé. Pour atteindre un tel petit diamètres, nous adoptons la technique &quot;flamme-brossage&quot;, en utilisant des moteurs simultanément contrôlés par l&#39;ordinateur pour tirer la fibre à part, et un chalumeau pour chauffer la zone fibre à être effilé. Le résonateur et la fibre effilée sont ensuite approchés les uns aux autres de visualiser le signal de résonance des modes de galerie à l&#39;aide d&#39;un laser de longueur d&#39;onde de balayage. En augmentant la puissance optique dans les phénomènes non linéaires de résonateur, sont déclenchées jusqu&#39;à la formation d&#39;un peigne de fréquence optique Kerr est observée avec un spectre composé de raies spectrales équidistantes. Ces spectres de peigne Kerr ont des caractéristiques exceptionnelles qui conviennent à plusieurs applications de la science et de la technologie. Nous considérons que la demande liée à la synthèse ultra-stable fréquence micro-ondes et de démontrer la génération d&#39;un peigne Kerr avec une fréquence intermodal GHz.

Ce protocole en cinq étapes permet d&#39;obtenir des résonateurs WGM avec des facteurs de très haute qualité pour des applications photoniques micro-ondes. La première étape vise à donner au résonateur la forme souhaitée, telle que représentée sur le schéma 2. La principale difficulté ici est de fabriquer un disque dont la jante est assez forte pour que peut-il limiter fortement les photons piégés, sans conduire à la fragilité structurelle du point de vue m?...

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Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Les techniques personnalisées développées dans notre laboratoire pour construire des systèmes photoniques micro-ondes basé sur Q chuchotement mode galerie résonateurs ultra-hautes sont présentés. Les protocoles d&#39;obtenir et de caractériser ces résonateurs sont détaillés, et une explication de certaines de leurs applications à micro-ondes photonique est donné.

Les systèmes photoniques à micro-ondes Basé sur des résonateurs-galerie-mode de chuchotement

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

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Engineering

16.8K vues.  FEMTO-ST Institute. Les techniques personnalisées développées dans notre laboratoire pour construire des systèmes photoniques micro-ondes basé sur Q chuchotement mode galerie résonateurs ultra-hautes sont présentés. Les protocoles d'obtenir et de caractériser ces résonateurs sont détaillés, et une explication de certaines de leurs applications à micro-ondes photonique est donné.

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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.

Les métamatériaux Fabricating aide de la méthode de tirage de fibre

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

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Ingénierie

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.

Développement de Whispering Gallery mode polymères micro-capteurs de champ électrique

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.

Analyse des Interfaces de contact pour GaN appareils nanofils

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.

Analyser le Mouvement de la Nauplios &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Par suivi optique de plasmons de surface de nanoparticules

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.

Selective Area Modification de la Silicon mouillabilité de surface par irradiation laser pulsé UV en milieu liquide

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.

Rédaction de Bragg dans les fibres multipaires

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.

Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

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).

Stimulé Stokes et antistokes Raman Scattering dans microsphériques Galerie Whispering mode Resonators

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.

Composites nanostructurés Ag-zéolite comme Capteurs d&#39;humidité à base de Luminescence

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.

Fabrication d&#39;anneaux résonateurs fendus nanopilier-Based pour courant de déplacement Mediated Résonances en térahertz métamatériaux

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