Esta pesquisa é patrocinada pela Defense Advanced Research Projects Agency EUA nos Centros Integrados de Fotônica Pesquisa de Engenharia (cifra) programa com o Dr. J. Scott Rodgers como gerente de projeto. As informações fornecidas neste relatório não reflecte necessariamente a posição ou a política do Governo dos EUA e não endosso oficial deve ser inferida.

1. PDMS preparação de microsferas (Sphere I) <ol><li> Polidimetilsiloxano base (PDMS) e o agente de cura são misturados com uma relação de volume de 60:1. </li><li> Uma mecha de fibra óptica de sílica, cerca de 2 cm de comprimento, é primeiramente retirado do seu revestimento de plástico usando um separador óptico. </li><li> Uma extremidade da fibra é aquecida e esticada para proporcionar uma extremidade da haste, que é de aproximadamente 25-50 um de diâmetro na ponta. </li><li> A extremidade da fibra estirada é submerso na mistura PDMS por um comprimento de cerca de 2-4 mm e, em seguida, é puxada para fora. </li><li> Tensão superficial e peso da mistura PDMS permitir a formação de uma esfera na extremidade da fibra de silica. O tamanho da esfera é controlada pelo comprimento de imersão e velocidade de extracção. Ao variar estes dois parâmetros, diâmetros da esfera na gama de 100 um - 1.000 mM pode ser obtida. </li><li> A montagem de microsferas / haste é então colocada numa estufa a ~ 90 ° C durante 4 horas para permitir a consolidação adequada do polimer material (para formar ligações cruzadas cadeias). Figura 1a é um esquema de I. Sphere </li></ol> 2. PDMS baseado Preparação Esfera tripla camada (Sphere II) <ol><li> Uma microesfera 60:1 PDMS é utilizado como o núcleo interior. Os mesmos passos descritos em 1) acima é seguida por este processo. </li><li> Uma mistura de titanato de bário (BaTiO 3) nano-partículas e 60:1 PDMS é utilizado como a camada do meio. A mistura de PDMS, preparado da mesma maneira descrita no ponto 1.1), acima, é misturado com o titanato de bário nano-partículas. </li><li> O núcleo microesfera PDMS descrito em 2.1) é então mergulhado na mistura de titanato de bário PDMS-bata-(com uma espessura de camada nominal de ~ ^ M 10). </li><li> Em seguida, a esfera de duas camadas é colocado numa estufa a ~ 90 ° C durante 4 horas para permitir a cura apropriada da segunda camada. </li><li> Uma vez que a esfera de duas camadas é curado, é de novo imerso numa mistura de 60:1 de PDMS para proporcionar um revestimento exterior (terceira camada). Este externocamada serve como guia óptica esférica (~ 10 um de espessura). Figura 1b é um esquema de Sphere II. </li></ol> 3. Sílica / PDMS preparação de microsferas (Sphere III) <ol><li> A secção de ~ 3 cm de comprimento de uma fibra de modo único de sílica óptico é primeiramente retirado do seu tampão (em plástico) de revestimento e, em seguida, a sua ponta é fundida usando um micro-tocha (em conjunto com o revestimento e núcleo). Tensão superficial e gravidade trabalhar juntos para moldar a ponta derretido em uma esfera. Esferas com diâmetros variando de 200 a 500 um podem ser obtidas com este processo. </li><li> A microesfera de sílica é então imerso num banho de PDMS de base (sem o agente de cura) a cobri-lo com um revestimento de ~ 50 ^ m. Esta camada exterior permanece como um altamente viscoso Bingham líquido (limite elástico). Figura 1c é um esquema de Sphere III. </li></ol> 4. Preparação de fibra óptica <ol><li> Uma secção de uma fibra óptica de modo único é retirado da sua cla plásticodding utilizando um extractor óptico. Usando uma micro-tocha a secção listrado da fibra é aquecido até que seja fundido (tanto o revestimento e núcleo de fibra). </li><li> Embora a parte do meio é fundido, uma extremidade da fibra óptica é puxado ao longo do seu eixo de modo a formar uma secção cónica da fibra que é de cerca de 1 cm de comprimento. A duração do aquecimento, a velocidade de puxar e distância determinar o diâmetro da secção cónica que varia entre 10 e 20 um. A luz proveniente do laser DFB é acoplada para a esfera através da secção cónica da fibra. Figura 2 mostra o acoplamento de esfera de fibra. </li></ol> 5. Optoeletrônicos Setup <ol><li> A saída de um laser DFB sintonizável é acoplado a uma fibra óptica de modo único em uma extremidade e termina num fotodíodo rápido, na outra extremidade, como mostrado na Figura 3. </li><li> A saída do fotodíodo é digitalizada utilizando um conversor analógico-para-digital (A / D) e armazenados num computador pessoal (PC). </li><li&gt; Usando um estágio de translação-micro da microesfera (Tipo I, II ou III) é posto em contacto com a secção cónica da fibra óptica (Figuras 2 e 3) para proporcionar o acoplamento óptico entre estes dois elementos. </li><li> O laser DFB é ajustado por um controlador de laser. O controlador de laser, por sua vez, é accionado por um gerador de função que fornece uma tensão de entrada em dente de serra. </li></ol> 6. Geração de Campo Elétrico <ol><li> Duas placas de latão quadrados (2 x 2 cm) com a espessura de 1 mm, são utilizados para gerar o campo eléctrico uniforme. As placas são ligadas a uma fonte de tensão e os sensores de esfera são colocados no espaço entre as duas chapas (Figura 4). </li><li> A fim de aumentar a sensibilidade de medição, as esferas são primeiramente poled num campo eléctrico de 1 MV / m, durante 2 horas. </li></ol>

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Não temos nada a revelar.

As esferas são inicialmente polarizado através da ligação dos eléctrodos a uma fonte de tensão contínua elevada. No final da duração poling, os fios de eléctrodos foram desligados da fonte de tensão contínua e conectado a um gerador de função, tal como indicado na Figura 4. Os resultados apresentados nas Figuras 5 a 8 mostram que positivos e negativos campos eléctricos (em relação à direcção de poling) conduzem a esfera alongamento e de compressão, respectivamente. ...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários (opcional) </td></tr><tr><td> PDMS </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 </td><td></td></tr><tr><td> Fibra de sílica </td><td> Instrumento de vendas de fibra </td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td> Titanato de bário (BaTiO 3) nanopartículas </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 467634-100G </td><td></td></tr><tr><td> Controlador Laser </td><td> ILX Lightwave </td><td> LDC-3724B </td><td></td></tr><tr><td> DFB Laser </td><td> Agere </td><td> Agere 2300 </td><td> Comprimento de onda central de 1,310 mM </td></tr><tr><td> Fotodiodo </td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / D Cartão </td><td> National Instruments </td><td> PXI 6115 </td><td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors

Modos de óptica de micro-cavidades dielétricas têm recebido atenção significativa nos últimos anos devido ao seu potencial de uma ampla gama de aplicações. Os modos ópticos são freqüentemente referidos como &quot;sussurrando modos Galeria&quot; (WGM) ou &quot;ressonâncias morfologia dependentes&quot; (MDR) e apresentam altos fatores de qualidade óptica. Algumas aplicações propostas de micro-cavidade ressonadores ópticos são em espectroscopia 1, micro-cavidade tecnologia laser 2, 3-6 comunicações ópticas, bem como tecnologia de sensores. As aplicações baseadas WGM sensores incluem aqueles em biologia 7, traço de detecção de gás 8, e detecção de impurezas em líquidos 9. Sensores mecânicos com base em ressoadores de microsferas também têm sido propostos, incluindo os de força 10,11, a pressão 12, 13 e parede de aceleração tensão de corte 14. No presente, nós demonstramos uma WGM baseada em sensor de campo elétrico, que se baseia em nosso studi anteriores 15,16. A aplicação candidato deste sensor é na detecção de potencial de acção neuronal. O sensor de campo eléctrico é baseada em multi-camadas polimérico dieléctrico microesferas. O campo eléctrico externo induz superfície e as forças de corpo sobre as esferas (efeito electrostriction) que conduzem a uma deformação elástica. Esta mudança na morfologia das esferas, conduz a mudanças na WGM. Mudanças do campo elétrico induzidos WGM são interrogados por emocionantes os modos ópticos das esferas de luz laser. A luz de uma realimentação distribuída (DFB) laser (comprimento de onda nominal de ~ 1,3 mm) é o lado de acoplamento para as microesferas usando uma secção cónica de uma fibra óptica de modo único. O material de base das esferas é polidimetilsiloxano (PDMS). Três geometrias de microsferas são utilizados: (1) esfera PDMS com uma razão volumétrica de 60:1 de base-para-agente de cura mistura, (2) de camadas múltiplas com esfera 60:1 PDMS do núcleo, a fim de aumentar a constante dieléctrica do thesfera e, uma camada média de 60:1 PDMS que é misturado com quantidades variáveis ​​(2% a 10% por volume) de titanato de bário e uma camada exterior de 60:1 PDMS e (3) da esfera de sílica sólida revestida com uma fina camada da base de PDMS não curado. Em cada tipo de sensor, a luz do laser da fibra cónica é acoplada na camada mais externa que fornece alta qualidade óptica fator WGM (Q ~ 10 6). As microesferas são poled durante várias horas a campos eléctricos de ~ 1 MV / m para aumentar a sua sensibilidade ao campo eléctrico.

Um modo óptico (WGM) da esfera é excitado pela luz do laser quando comprimento do caminho óptico percorrido pela luz é um número inteiro múltiplo do comprimento de onda do laser. Pela disposição mostrada na Figura 3, o comprimento do caminho óptico é 2πrn, onde n e r são o índice de refracção e um raio da esfera, respectivamente. Usando aproximação óptica geométrica, uma condição WGM é satisfeita quando 2πrn = lλ onde I é um inteiro e...

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

Um sensor de alta sensibilidade fotónica micro foi desenvolvido para a detecção de campos eléctricos. O sensor explora os modos ópticos de uma esfera dielétrica. Mudanças no campo elétrico externo perturbar a morfologia esfera levando a mudanças em seus modos ópticos. A intensidade do campo eléctrico é medida por monitorização destas mudanças ópticas.

Desenvolvimento de Whispering Gallery Modo poliméricos Micro-ópticos sensores do campo eléctrico

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

13.0K visualizações.  Southern Methodist University. Um sensor de alta sensibilidade fotónica micro foi desenvolvido para a detecção de campos eléctricos. O sensor explora os modos ópticos de uma esfera dielétrica. Mudanças no campo elétrico externo perturbar a morfologia esfera levando a mudanças em seus modos ópticos. A intensidade do campo eléctrico é medida por monitorização destas mudanças ópticas.