Udvikling af Whispering Gallery mode Polymere Micro-optiske elektrisk felt-følere

Optiske former for dielektriske mikro-hulrum har fået betydelig opmærksomhed i de senere år for deres potentiale i en bred vifte af applikationer. De optiske tilstande ofte benævnt "hviskegallerimodus modes" (WGM) eller "morfologi afhængige resonanser" (MDR) og udviser høj optisk kvalitet faktorer. Nogle foreslåede anvendelser af mikro-hulrum optiske resonatorer er i spektroskopi ^1, mikro-hulrum laserteknologi ^2, optisk kommunikation ^3-6 samt sensorteknologi. De WGM-baserede sensor applikationer omfatter dem i biologi ^7, spor gasdetektion ⁸ og urenhed opdagelse i væsker ^9. Mekaniske sensorer baseret på mikrokugle resonatorer er også blevet foreslået, herunder dem, for kraft ^10,11, tryk ^12, acceleration ¹³ og væg forskydningsspænding ^14. I den foreliggende, viser vi en WGM-baseret elektrisk felt sensor, som bygger på vores tidligere studies ^15,16. En kandidat anvendelsen af ​​denne sensor er i afsløring af neuronal virkningspotentiale.

Det elektriske felt sensoren er baseret på polymert flerlaget dielektrisk mikrosfærer. Den eksterne elektriske felt inducerer overflade og krop kræfter på kugler (electrostriction effekt), der fører til elastisk deformation. Denne ændring i morfologien af ​​kuglerne, fører til forskydninger i WGM. Det elektriske felt-inducerede WGM skift forhørt af spændende de optiske tilstande kuglerne ved laserlys. Lys fra en fordelt tilbagekobling (DFB) laser (nominel bølgelængde på ~ 1,3 um) er side-koblet i mikrosfærerne under anvendelse af en tilspidset del af en single-mode optisk fiber. Basismaterialet af kuglerne er polydimethylsiloxan (PDMS). Tre mikrosfærepræparater geometrier anvendes: (1) PDMS kugle med et 60:1 volumetrisk forhold på bund-mod-hærdemiddel-blanding, (2) flere lag kugle med 60:1 PDMS kerne, for at forøge den dielektriske konstant af the kugle, et midterlag af 60:1 PDMS der er blandet med varierende mængder (2% til 10 volumen%) af bariumtitanat og et ydre lag af 60:1 PDMS og (3) fast silica kugle belagt med et tyndt lag af uhærdet PDMS base. I hver type sensor, er laserlys fra den tilspidsede fiber koblet til det yderste lag, der giver høj optisk kvalitet faktor WGM (Q ~ 10 ^6). Mikrokuglerne er polariseres i adskillige timer ved elektriske felter af ~ 1 MV / m for at forøge deres følsomhed over for elektrisk felt.