Gli autori desiderano ringraziare Xuan Du per costruire il diagramma concettuale della figura 1. Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni dal scienze naturali e ingegneria Research Council (NSERC) del Canada.

1. Riferimento Interferometer Edilizia e FSR Misura <ol><li> Costruzione <ol><li> Creare una scatola acrilica open-top. Tale struttura dovrebbe essere grande abbastanza da contenere comodamente in un 16 x 16 x 16 in scatola di polistirolo. </li><li> Realizzare una scaffalatura a 3 stadi per ospitare componenti ottici, che siederanno nella casella acrilico open-top e sarà completamente recintato dalla scatola di polistirolo per l&#39;isolamento termico. Due fori elevate sulla scatola di polistirolo devono essere presenti per consentire le fibre di entrare e uscire l&#39;intero recinto. </li><li> Nella fase 3 rd: Una fibra di uscita dal accoppiatore direzionale a 3 dB dovrebbe essere fissata ad un controllore di polarizzazione che a sua volta porta ad una porta di ingresso di un accoppiatore direzionale a 3 dB separata. </li><li> Sul 2 ° stadio: Formare un anello con circa 16 metri di fibra ottica proveniente dall&#39;altra porta di uscita del primo accoppiatore direzionale a 3 dB. Dirigere questa fibra alla porta di ingresso residua dei seconda 3 dB accoppiatore direzionale sul palco 3 °. </li><li> Riempire la scatola acrilica con il 50% ghiaccio tritato mescolato con acqua liquida 50%, come per adattare un bagno di ghiaccio e di conseguenza mantenere la temperatura dei componenti ottici vicino a 0 ° C. </li></ol></li><li> FSR Misura <ol><li> Impostare il laser della sonda alla lunghezza d&#39;onda desiderata. Impiegare un generatore di funzioni tale che la sua uscita è collegata ad un ripartitore di potenza 3 dB. Una delle uscite del divisore 3 dB deve essere collegato l&#39;oscilloscopio per scopi di monitoraggio e l&#39;altra uscita deve essere utilizzato direttamente per sintonizzare la frequenza del laser. </li><li> Alimentare l&#39;uscita laser come ingresso dell&#39;accoppiatore direzionale 1 v 3 dB. </li><li> Le due uscite del 2 ° 3 dB accoppiatore direzionale sono per trasportare segnali photomixed al fotorivelatore bilanciato (BPD). Infine, collegare il cavo di uscita del BPD all&#39;ingresso di un canale dell&#39;oscilloscopio. </li><li> Linearmente scansione della frequenza laser supplpia di modulo laser con un segnale a rampa generata dal generatore di forme d&#39;onda (con una tensione picco-picco di 1 V e frequenza di scansione di 100 Hz). Il segnale di uscita dal BPD diventerà sinusoidale sull&#39;oscilloscopio. </li><li> Tune il controllore di polarizzazione da massimizzare la tensione picco-picco della forma d&#39;onda sinusoidale. </li><li> Per misurare la FSR, configurare il laser per l&#39;uscita ad onda continua impostando il generatore di forme d&#39;onda in modalità DC. Tune la tensione del generatore di forme d&#39;onda tale che il segnale trasmesso dalla BPD oscilla circa 0 V (cioè. Punto quadratura). Controllare il segnale di uscita utilizzando un analizzatore di spettro elettrico. Il segnale monitorato dovrebbe apparire come una funzione sinc quadrati, in cui la posizione del primo zero vicina massimo globale (a frequenza zero) corrisponde al FSR. Per ridurre al minimo il rumore di misura, impostare l&#39;analizzatore di spettro elettrico in modalità media. </li></ol></li></ol> 2. Fiber Pulling 13 </sup&gt; Preambolo: Lo scopo di questa procedura è quello di abbinare approssimativamente la fase di fotoni viaggiano nel cono a quelle della microcavità in modo che l&#39;accoppiamento efficiente può verificarsi. Come la fibra viene tirata, la sezione centrale che si trova tra i due morsetti passerà dal sostenere una singola modalità all&#39;interno di una fibra regolare, a molteplici modalità all&#39;interno di una guida d&#39;onda formate dal rivestimento di silice originale diventando il nucleo e aria diventando il rivestimento, e poi ad un singolo modo. Il nucleo di silice della fibra sarà praticamente svanire nella parte centrale, in cui temporaneamente condizioni di propagazione multimodale soddisfatti saranno contrastati dal continuo restringimento del diametro delle fibre. <ol><li> Fissare il supporto della fibra alla fase di traslazione motorizzato. </li><li> Connectorize due sezioni di fibra ottica con connettori FC / APC su un&#39;estremità di ogni sezione. Rimuovere il rivestimento del buffer dalle estremità non collegate con una spogliarellista fibra, pulirli con acetone prima e THen isopropanolo, fendere le sfaccettature finali e fusion li impiombare insieme. </li><li> Per monitorare la perdita nel cono, collegare una sonda laser a potenza costante ad una estremità della fibra mentre l&#39;altra estremità della fibra è collegato ad un fotorivelatore (PD). L&#39;uscita del PD deve essere collegato a un oscilloscopio. Regolare le impostazioni dell&#39;oscilloscopio da misurare la tensione di uscita PD, che è proporzionale alla potenza laser trasmesso. </li><li> Registrare il valore iniziale della tensione di uscita PD e continuare a monitorare fino passo 2.9. </li><li> Fissare la fibra al detentore delle fibre e l&#39;immagine della fibra con un microscopio ottico. </li><li> Rilasciare idrogeno tale che comincia a scorrere in prossimità del cono, in attesa di aria per uscire dal tubo e per la pressione del canale da stabilizzare. Una volta che la portata del gas idrogeno raggiunge 110 ml / min, accenderla vicino alla presa con un accendino per riscaldare la fibra. </li><li> Usando un programma LabVIEW personalizzato, linearmente tirare la fibra. Si noti che durante la puprocesso lling, il nucleo della fibra svanisce gradualmente mentre modalità multiple di rivestimento diventano dominanti nel guidare la luce attraverso la sezione rastremata fibra. L&#39;intensità trasmessa attraverso la fibra ottica dovrebbe oscillare a causa dell&#39;interferenza multimodale. </li><li> Continuare a tirare la fibra per ridurre la larghezza fibra cono fino supporta solo una modalità rivestimento singolo. Una volta che l&#39;intensità trasmessa cessa di variare, smettere di tirare la fibra. </li><li> Rilasciare il titolare fibra dalla fase di traduzione e fissarlo vicino al palco piezoelettrico. </li></ol> 3. Preparazione e fornitura di soluzioni <ol><li> Preparare 22:00, 13:00, e 100 soluzioni FM composte da 50 nm raggio monodispersi microsfere di polistirene in tampone fosfato Dulbecco (DPBS). Inoltre, creare una soluzione DPBS puro. </li><li> Mettere le soluzioni in una centrifuga, scaglionare le loro posizioni all&#39;interno di essa per scopi di equilibrio, e di avviare un ciclo di filatura 30 min. </li><li> Su completion, posizionare saldamente le soluzioni in un essiccatore, evacuare, e bombardare le soluzioni con ultrasuoni per 30 min. </li><li> Rimuovere le soluzioni e metterle da parte vicino alla configurazione dell&#39;esperimento. </li><li> Costruire uno stand per un piccolo sistema di erogazione di fluido. <ol><li> Dopo la pulizia due ghiere, inserire puntali su entrambe le estremità di un segmento di microtubuli e avvitare le boccole alle punte delle siringhe. Collegare singolarmente una delle ghiere per una terza siringa e l&#39;altra al raccordo Luer Lock di un gruppo cilindro-pistone. </li><li> Fissare la punta della siringa esposta allo stand e prop dietro il campione. I fluidi devono poter circolare sul campione senza significative perdite. </li></ol></li><li> In termini della Sezione 5 del protocollo, caricare la canna con una soluzione appropriata ed iniettare manualmente attraverso il sistema di microfluidica durante l&#39;esperimento. </li></ol> 4. Configurazione e interconnessioni del sistema <ol><li> Collegare i lase sonda<html> r di un accoppiatore direzionale 10 dB. La porta accoppiata è collegato alla porta di ingresso dell&#39;interferometro di riferimento mentre la porta trasmesso è collegato ad un controllore di polarizzazione seguita dalla fibra rastremata. </li><li> Riorientare gli obiettivi del microscopio per acquisire due immagini nitide del cono fibra. </li><li> Collegare l&#39;uscita della fibra rastremata ad un PD. L&#39;uscita di questo PD deve essere collegato ad un ingresso diverso canale dell&#39;oscilloscopio. </li><li> Montare il campione sul nanopositioner e fare piccoli aggiustamenti per spostare in modo che esso è prossima al centro del cono fibra. </li><li> Iniettare DPBS al campione. Effettuare le regolazioni grossolane in modo che il cono in fibra entra in vista delle due telecamere CCD. Regolare il nanopositioner per stabilire l&#39;accoppiamento dal cono in fibra ottica al microcavità. </li><li> Scansione la lunghezza d&#39;onda del laser per ottenere un dip risonanza appropriato sull&#39;oscilloscopio. </li></ol> 5. Nanoparticelle Detection ONTENUTO &quot;&gt; Per acquisire i dati: Configurare le impostazioni di trigger dell&#39;oscilloscopio e, utilizzando il software fatto in casa, raccogliere oscilloscopio tracce per ulteriori elaborazioni. <ol><li> Registrare i dati per la soluzione tampone come riferimento. </li><li> Registrare i dati per le soluzioni di nanoparticelle dal più basso al più alto concentrazione. </li><li> Rispettare i turni di frequenza che avvengono a causa di nanoparticelle vincolante per la microcavità. </li></ol> 6. Post-trattamento dei dati I dati raccolti possono essere ulteriormente trattati mediante un programma MATLAB auto-scritta. Il programma dovrebbe: <ol><li> Leggere le tracce di riferimento interferometro e condurre una vestibilità minimi quadrati alle curve sinusoidali. Le fasi del sinusoidale montato sono utilizzati per stimare il jitter laser al volo. </li><li> Leggere le tracce di trasmissione cavità e condurre una vestibilità minimi quadrati alla funzione doppio Lorentziana. Frequenze ottiche corrispondenti alle salse risonanza (ν 1,ν 2) e la loro piena larghezza a metà altezza (FWHM di, rappresentata dal δν 1, δν 2) sono determinati confrontando il segnale di trasmissione al segnale interferometro. </li><li> Ottenere il fattore di qualità di ogni singolo tuffo da Q i = ν i / δν i, dove posso essere sia 1 (risonanza sinistra) o 2 (risonanza a destra). </li><li> Calcolare, come è convenzionale, le frequenze ottiche dei tuffi risonanza attraverso la scansione laser tensione, dove le rese jitter laser grande rumore di misura. </li><li> Raccogliere il ν medio dei media frequenza di risonanza = (ν 1 + ν 2) / 2 e frequenza split Δν = ν 2 - ν 1 per ogni misurazione e tracciare in funzione del tempo. Quando una nanoparticella lega sulla superficie della microcavità, bruschi cambiamenti sia di frequenza media di risonanza e sho frequenza splitULD essere osservati. </li></ol>

<ol>
	<li>Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+microcavities.">Optical microcavities.</a> Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).</li><li>Lu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+sensitivity+nanoparticle+detection+using+optical+microcavities.">High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities.</a> PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering-gallery-mode+biosensing:+label-free+detection+down+to+single+molecules.">Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules.</a> Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).</li><li>Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).</li><li>Sun, Y., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+ring+resonators+for+biochemical+and+chemical+sensing.">Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing.</a> Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+nanoparticle+detection+using+a+portable+whispering+gallery+mode+biosensor+driven+by+a+periodically+poled+lithium-niobate+frequency+doubled+distributed+feedback+laser.">Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).</li><li>Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle-based+protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).</li><li>Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+limits+in+whispering+gallery+biosensors+with+plasmonic+enhancement.">Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).</li><li>Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh+scattering+in+high-Q+microspheres.">Rayleigh scattering in high-Q microspheres.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).</li><li>Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Split+frequency+sensing+methods+and+systems.">Split frequency sensing methods and systems.</a> Patent granted on. , (2013).</li><li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-chip+single+nanoparticle+detection+and+sizing+by+mode+splitting+in+an+ultrahigh-Q+microresonator.">On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator.</a> Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+nanoparticle+using+a+portable+whispering+gallery+mode+biosensor+driven+by+a+periodically+poled+lithium-niobate+frequency+doubled+distributed+feedback+laser.">Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).</li><li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+critical+coupling+in+a+fiber+taper+to+a+silica-microsphere+whispering-gallery+mode+system.">Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system.</a> Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).</li><li>Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sideband+spectroscopy+and+dispersion+measurement+in+microcavities.">Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities.</a> Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).</li><li>Chow, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+coupling+control+of+a+microresonator+by+laser+amplitude+modulation.">Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation.</a> Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).</li><li>Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+nanoparticles+with+a+frequency+locked+whispering+gallery+mode+microresonator.">Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).</li><li>Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+real-time+measurement+of+dissipation+and+dispersion+in+a+whispering-gallery+mode+microresonator.">Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator.</a> Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+enhancement+of+a+whispering-gallery-mode+biosensor+for+single+nanoparticle+detection.">Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).</li><li>Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle-based+protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questa configurazione attuale è capace di sondare una varietà di microcavità WGM, come pollici, microsfere, e microtoroids, senza richiedere alcun controllo di feedback per la sorgente laser sonda. Un notevole rapporto segnale-rumore (SNR) per il rilevamento può essere ottenuta a causa dei miglioramenti passo spostamento fornite da lunghezza del percorso ed effetti backscattering particelle indotta. Data la semplicità e il basso costo dell&#39;interferometro riferimento stesso, questo metodo è una tecnica efficace...

Interesse di ricerca è aumentato in modo significativo l&#39;utilizzo della modalità sussurro-gallery (WGM) microcavità a scopo di nanodetection e biosensori 1-8. Ciò comporta fattore di altissima qualità (Q) cavità ottiche, che sia in grado di identificare le particelle biologiche minuscole, fino al livello di proteine ​​singolo 2. Cioè, il monitoraggio cambiamenti di risonanza e frequenza split per la trasmissione con straordinaria sensibilità 9-11 può essere abilitato mediante confinamento del cavo di energia luminosa all&#39;interno di un piccolo volume modalità. Le variazioni delle proprietà ottiche di un risonatore sono la causa di questi spostamenti, che a sua volta provengono dal legame di molecole discrete o nanoparticelle. A meno sofisticato esempio di struttura WGM tridimensionale per tali applicazioni è un microsfere di silice, che può essere fabbricato con una superficie liscia atomicamente vicino semplicemente ablazione una fibra ottica disegnata utilizzando un laser CO 2. Come è noto,alti Q-fattori dell&#39;ordine di 10 9 possono essere raggiunti 1. La frequenza di risonanza di una microcavità è convenzionalmente monitorato attraverso la scansione della frequenza ottica di una sorgente laser sintonizzabile contemporaneamente foto-rilevamento della trasmissione ottica che viene catturata su un oscilloscopio. Un inconveniente intrinseco di questa tecnica è l&#39;incertezza associata alla posizione di gocce nella trasmissione che nasce dalle fluttuazioni lunghezza d&#39;onda laser o jitter laser. Per superare questa complicazione, un interferometro può essere utilizzato insieme a una microcavità per produrre un segnale di riferimento per annullare il jitter laser e aumentare la sensibilità osservata 2. Ingresso luce è diviso in due percorsi ottici: il fascio di riferimento che passa attraverso l&#39;interferometro (con una gamma spettrale libera FSR o abbastanza grande da impedire il laser dal jittering spaziatura una frequenza FSR passato durante la misura) e il fascio di rilevamento che interacts con il microrisonatore WGM. Questa caratteristica semplifica esperimenti in confronto alle configurazioni più avanzate, come quella di rilevamento WGM che prevede la combinazione di un laser a retroazione distribuita (DFB) e niobato di litio periodicamente polarizzato (PPLN) Doubler 12. In questa pubblicazione, una tecnica interferometro per monitoraggio basato fattore altissima qualità microcavità della materia nanoscala è descritto 3. Le procedure di installazione e di acquisizione dati che sono necessari per raggiungere questo obiettivo sono delineate, illustrando come fattore di qualità cavità può essere determinato con riferimento interferometria.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="645">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polystyrene&#160; Microspheres</td>
			<td style="width:143px;">PolyScience</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dulbecco&#8217;s Phosphate Buffered Saline (DPBS)</td>
			<td style="width:143px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:119px;">14190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Piezoelectric Nanopositioner System</td>
			<td style="width:143px;">Precision Instrument</td>
			<td style="width:119px;">P-611.3S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Balanced Photodetector</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">PDB120A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Photo Detector</td>
			<td style="width:143px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">1801-FC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 x 3-dB Fiber Optical Directional Coupler</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">FC632-50B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">10-dB Fiber Optical Directional Coupler</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">FC632-90B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 x Drop In Polarization Controller</td>
			<td style="width:143px;">General Photonics</td>
			<td style="width:119px;">PLC-003-S-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Function Generator</td>
			<td style="width:143px;">Hewlett Packard</td>
			<td style="width:119px;">33120A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fusion Splicer</td>
			<td style="width:143px;">Ericsson</td>
			<td style="width:119px;">FSU-925</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High-Speed Oscilloscope&#160;</td>
			<td style="width:143px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;">DS09404A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 x Motorized Translation Stage with Controller</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">MTS25-Z8E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, &#216;125 &#956;m Cladding</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">SM600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Real-Time Electrical Spectrum Analyzer</td>
			<td style="width:143px;">Tektronix</td>
			<td style="width:119px;">RSA3408B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical Spectrum Analyzer</td>
			<td style="width:143px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;">70951A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">632.5 &#8211; 637 nm Tunable Laser</td>
			<td style="width:143px;">New Focus</td>
			<td style="width:119px;">TLB-6304</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Filtration Pump</td>
			<td style="width:143px;">KNF labs</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ultrasonics Cleaner</td>
			<td style="width:143px;">Crest Ultrasonics</td>
			<td style="width:119px;">Powersonic 1100D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mini Vortexer</td>
			<td style="width:143px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">VM-3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:143px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:119px;">Microfuge 22R</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implementation of a reference interferometer for nanodetection

Un interferometro in fibra termicamente e meccanicamente stabilizzato adatto per l&#39;esame di microcavità fattore di altissima qualità è modellato. Dopo aver valutato la sua gamma spettrale libera (FSR), il modulo viene messa in parallelo con un sistema di cono-microcavità fibra e quindi calibrato attraverso isolando ed eliminando spostamenti casuali nella frequenza del laser (cioè laser rumore jitter). Per realizzare la giunzione cono-microcavità e per massimizzare la potenza ottica che viene trasferito al risonatore, un fibra ottica monomodale guida d&#39;onda è tirato. Soluzioni contenenti nanobeads polistirene vengono poi preparati e pilotati alla microcavità per dimostrare la capacità del sistema di percepire legame alla superficie della microcavità. I dati sono post-trasformati tramite curva adattiva montaggio, che consente misurazioni ad alta risoluzione del fattore di qualità, nonché il tracciato di parametri dipendenti dal tempo, come lunghezza d&#39;onda di risonanza e frequenza divisa turni. Con attenzioneispezionare passaggi della risposta nel dominio del tempo e spostando nella risposta nel dominio della frequenza, questo strumento può quantificare eventi di legame discreti.

Dopo aver seguito il protocollo, le tracce possono essere compilati e installati. Figura 3a mostra la tipica struttura di risonanza della microsfera come presentato nel video, per cui la divisione di frequenza si osserva in un mezzo DPBS. Un fit minimi quadrati alla funzione doppio Lorentzian indica che il fattore di qualità delle salse risonanza destra e sinistra sono rispettivamente 2,1 x 10 8 e 3,8 x 10 8 in un ambiente acquoso. Le frequenze ottiche del FWHM sono ottenuti confr...

Watch this Scientific Journal Video about Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection at JoVE.com

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

Una tecnica interferometro di riferimento, che è progettato per rimuovere rumore indesiderabile jitter laser per nanodetection, è utilizzata per sondare un fattore microcavità ultra-alta qualità. Istruzioni per l&#39;assemblaggio, l&#39;installazione e l&#39;acquisizione dei dati sono forniti, accanto al processo di misurazione per specificare il fattore di qualità della cavità.

Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

implementation-of-a-reference-interferometer-for-nanodetection

Research

JoVE Journal

Engineering

9.3K Views.  University of Victoria.  Una tecnica interferometro di riferimento, che è progettato per rimuovere rumore indesiderabile jitter laser per nanodetection, è utilizzata per sondare un fattore microcavità ultra-alta qualità. Istruzioni per l'assemblaggio, l'installazione e l'acquisizione dei dati sono forniti, accanto al processo di misurazione per specificare il fattore di qualità della cavità. 

Video: Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

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.

Analisi di contatto Interfacce semplici dispositivi GaN nanowire

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

Ricerca

Ingegneria

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and reduction half reactions, and fast electron (hole) diffusion and charge separation. Nanowires present suitable architectures to meet these requirements. Axially segmented Ag|ZnO and radially segmented (coaxial) TiO2-Ag nanowires with a diameter of 200 nm and a length of 6-20 &#181;m were made by templated electrodeposition within the pores of polycarbonate track-etched (PCTE) or anodized aluminum oxide (AAO) membranes, respectively. In the photocatalytic experiments, the ZnO and TiO2 phases acted as photoanodes, and Ag as cathode. No external circuit is needed to connect both electrodes, which is a key advantage over conventional photo-electrochemical cells. For making segmented Ag|ZnO nanowires, the Ag salt electrolyte was replaced after formation of the Ag segment to form a ZnO segment attached to the Ag segment. For making coaxial TiO2-Ag nanowires, a TiO2 gel was first formed by the electrochemically induced sol-gel method. Drying and thermal annealing of the as-formed TiO2 gel resulted in the formation of crystalline TiO2 nanotubes. A subsequent Ag electrodeposition step inside the TiO2 nanotubes resulted in formation of coaxial TiO2-Ag nanowires. Due to the combination of an n-type semiconductor (ZnO or TiO2) and a metal (Ag) within the same nanowire, a Schottky barrier was created at the interface between the phases. To demonstrate the photocatalytic activity of these nanowires, the Ag|ZnO nanowires were used in a photocatalytic experiment in which H2 gas was detected upon UV illumination of the nanowires dispersed in a methanol/water mixture. After 17 min&#160;of illumination, approximately 0.2 vol% H2 gas was detected from a suspension of ~0.1 g of Ag|ZnO nanowires in a 50 ml 80 vol% aqueous methanol solution.

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Preparazione e utilizzo di fotocataliticamente attivo segmentata Ag | ZnO e coassiale TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Tomografia a dispersione di energia dei raggi X per il 3D Elemental mappatura delle nanoparticelle individuali

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

Rilevamento e recupero di palladio, oro e metalli di cobalto dalla miniera urbana Utilizzando novelli Sensori / Adsorbenti designate con nanoscala Wagon a forma di ruote pori

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Fabbricazione Processo di base di silicone elastomero dielettrici Attuatori

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

Metodi sperimentali avanzati per bassa temperatura magnetotrasporto Misura di nuovi materiali

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

Spark Plasma Sintering apparecchio utilizzato per la formazione di titanato di stronzio Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices can be implemented as part of a robust platform capable of making simultaneous complementary measurements. The primary challenge created by the combination of these two techniques is the mismatch in refractive index between the materials traditionally used to make microfluidic devices and the aqueous solutions typically used in biomedicine. This mismatch can create optical artifacts near the channel or device edges. One solution is to reduce the refractive index of the material used to fabricate the device by using a fluorinated polymer such as MY133-V2000 whose refractive index is similar to that of water (n = 1.33). Here, the construction of a microfluidic device made out of MY133-V2000 using soft lithography techniques is demonstrated, using O2 plasma in conjunction with an acrylic holder to increase the adhesion between the MY133-V2000 fabricated device and the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The device is then tested by incubating it filled with cell culture media for 24 h to demonstrate the ability of the device to maintain cell culture conditions during the course of a typical imaging experiment. Finally, quantitative phase microscopy (QPM) is used to measure the distribution of mass within the live adherent cells in the microchannel. This way, the increased precision, enabled by fabricating the device from a low index of refraction polymer such as MY133-V2000 in lieu of traditional soft lithography materials such as PDMS, is demonstrated. Overall, this approach for fabricating microfluidic devices can be readily integrated into existing soft lithography workflows in order to reduce optical artifacts and increase measurement precision.

This protocol describes the fabrication of microfluidic devices from MY133-V2000 to eliminate artifacts that often arise in microchannels due to the mismatching refractive indices between microchannel structures and an aqueous solution. This protocol uses an acrylic holder to compress the encapsulated device, improving adhesion both chemically and mechanically.

Fabbricazione di dispositivi rifrangenti-Indice-abbinati per biomedica microfluidica

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ultrasound. However, limited numbers of robots designed for extra-corporeal ultrasound have been successfully translated into clinical use. In this study, we aim to build a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination, which is lightweight and has a small footprint. The robot is formed by five specially shaped links and custom-made joint mechanisms for probe manipulation, to cover the necessary range of motion with redundant degrees of freedom to ensure the patient&#39;s safety. The mechanical safety is emphasized with a clutch mechanism, to limit the force applied to patients. As a result of the design, the total weight of the manipulator is less than 2 kg and the length of the manipulator is about 25 cm. The design has been implemented, and simulation, phantom, and volunteer studies have been performed, to validate the range of motion, the ability to make fine adjustments, mechanical reliability, and the safe operation of the clutch. This paper details the design and implementation of the bespoke robotic ultrasound manipulator, with the design and assembly methods illustrated. Testing results to demonstrate the design features and clinical experience of using the system are presented. It is concluded that the current proposed robotic manipulator meets the requirements as a bespoke system for extra-corporeal ultrasound examination and has great potential to be translated into clinical use.

This paper introduces the design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination. The system has five degrees of freedom with lightweight joints made by 3D printing and a mechanical clutch for safety management.

Progettazione e realizzazione di un manipolatore robotico su misura per ultrasuoni extracorporea

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...