Name: development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors at JoVE.com

Dit onderzoek wordt gesponsord door het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency onder Centers in geïntegreerde fotonica Onderzoek (cipher) programma met Dr J. Scott Rodgers als projectmanager. De informatie in dit rapport niet noodzakelijk het standpunt of het beleid van de Amerikaanse regering en geen officiële goedkeuring dient te worden afgeleid.

1. PDMS Microsphere Voorbereiding (Sphere I) <ol><li> Polydimethylsiloxaan (PDMS) base en het hardingsmiddel worden gemengd met een volumeverhouding van 60:1. </li><li> Een bundel van silica optische vezel, ongeveer 2 cm lang, wordt eerst ontdaan van de plastic bekleding met een optische stripper. </li><li> Een uiteinde van de vezel wordt verwarmd en gestrekt om een ​​steeltje die ~ 25-50 urn in diameter aan het uiteinde voorzien. </li><li> De gestrekte uiteinde van de vezel wordt ondergedompeld in het PDMS mengse...

<ol>
	<li>von Klitzing, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+whispering+gallery+modes+for+spectroscopy+and+CQED+experiments.">Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments.</a> New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).</li><li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J., Sercel, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-coupled+microsphere+laser.">Fiber-coupled microsphere laser.</a> Optics letters. 25 (19), 1430-1432 (2000).</li><li>Tapalian, H. C., Laine, J. P., Lane, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermooptical+switches+using+coated+microsphere+resonators.">Thermooptical switches using coated microsphere resonators.</a> IEEE photonics technology letters. 14 (8), 1118-1120 (2002).</li><li>Little, B. E., Chu, S. T., Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microring+resonator+channel+dropping+filters.">Microring resonator channel dropping filters.</a> Journal of lightwave technology. 15, 998-1000 (1997).</li><li>Offrein, B. J., Germann, R., Horst, F., Salemink, H. W. M., Beyerl, R., Bona, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+coupler-based+tunable+add-after-drop+filter+in+silicon-oxynitride+technology+for+WDM+networks.">Resonant coupler-based tunable add-after-drop filter in silicon-oxynitride technology for WDM networks.</a> IEEE journal of selected topics in quantum electronics. 5, 1400-1406 (1999).</li><li>Ilchenko, V. S., Volikov, P. S., 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=Strain+tunable+high-Q+optical+microsphere+resonator.">Strain tunable high-Q optical microsphere resonator.</a> Optics communications. 145, 86-90 (1998).</li><li>Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shift+of+whispering-gallery+modes+in+microspheres+by+protein+adsorption.">Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption.</a> Optics. 28 (4), 272-274 (2003).</li><li>Rosenberger, A. T., Rezac, J. P. <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+evanescent-wave+microsensor+for+trace-gas+detection.">Whispering-gallery mode evanescent-wave microsensor for trace-gas detection.</a> Proceedings of SPIE. 4265, 102-112 (2001).</li><li>Ioppolo, T., Das, N., &#214;t&#252;gen, M. V. <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+modes+of+microspheres+in+the+presence+of+a+changing+surrounding+medium:+A+new+ray-tracing+analysis+and+sensor+experiment.">Whispering gallery modes of microspheres in the presence of a changing surrounding medium: A new ray-tracing analysis and sensor experiment.</a> Journal of applied physics. 107, 103105 (2010).</li><li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+force+sensor+based+on+morphology+dependent+optical+resonances+of+polymeric+spheres.">High-resolution force sensor based on morphology dependent optical resonances of polymeric spheres.</a> Journal of applied physics. 105 (1), 013535 (2009).</li><li>Ioppolo, T., Kozhevnikov, M., Stepaniuk, V., &#214;t&#252;gen, M. V., Sheverev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-optical+force+sensor+concept+based+on+whispering+gallery+mode+resonances.">Micro-optical force sensor concept based on whispering gallery mode resonances.</a> Applied optics. 47 (16), 3009-3014 (2008).</li><li>Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+tuning+of+whispering+gallery+mode+resonators.">Pressure tuning of whispering gallery mode resonators.</a> Journal of optical society of America B. 24 (10), 2721-2726 (2007).</li><li>Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+acceleration+on+the+morphology+dependent+optical+resonances+of+spherical+resonators.">Effect of acceleration on the morphology dependent optical resonances of spherical resonators.</a> Journal of optical society of America B. 28, 225-227 (2011).</li><li>Ayaz, U. K., Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+shear+stress+sensor+based+on+the+optical+resonances+of+dielectric+microspheres.">Wall shear stress sensor based on the optical resonances of dielectric microspheres.</a> Measurement science and technology. 22, 075203 (2011).</li><li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+of+whispering+gallery+modes+of+spherical+resonators+using+an+external+electric+field.">Tuning of whispering gallery modes of spherical resonators using an external electric field.</a> Optics express. 17 (19), 16465-16479 (2009).</li><li>Ioppolo, T., Stubblefield, J., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field-induced+deformation+of+polydimethylsiloxane+polymers.">Electric field-induced deformation of polydimethylsiloxane polymers.</a> Journal of applied physics. 112, 044906 (2012).</li><li>Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+photonic+wall+pressure+sensor+for+fluid+mechanics+applications.">A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications.</a> Review of scientific instrumentation. 83, 105003 (2012).</li></ol>

De kogels zijn aanvankelijk gepoold door verbinden van de elektroden met een DC hoogspanningsvoeding. Aan het einde van de poling duur worden de elektrodedraden losgekoppeld van de DC spanning en verbonden met een functiegenerator zoals aangegeven in figuur 4. De resultaten in Figuren 5 tot 8 tonen dat positieve en negatieve elektrische velden (opzichte richting polariteit) tot bol rek en compressie respectievelijk. Gebied I, een enkele laag 60:1 PDMS heeft een elektris...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Opmerkingen (optioneel) </td></tr><tr><td> PDMS </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 </td><td></td></tr><tr><td> Silicavezel </td><td> Fiber Instrument Sales </td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td> Bariumtitanaat (Batio 3) nanodeeltjes </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 467634-100G </td><td></td></tr><tr><td> Laser Controller </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> 1,310 urn centrale golflengte </td></tr><tr><td> Fotodiode </td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / D-kaart </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

Optische vormen van diëlektrische micro-holtes zijn in aanzienlijke mate aandacht in de afgelopen jaren voor hun potentieel in een breed scala van toepassingen. De optische modi worden vaak aangeduid als &quot;Whispering Gallery modes&quot; (WGM) of &quot;morfologie afhankelijke resonanties&quot; (MDR) en vertonen een hoge optische kwaliteit factoren. Sommige voorgestelde toepassingen van micro-cavity optische resonatoren zijn in spectroscopie 1, micro-cavity laser technologie 2, optische communicatie drie-zes en sensortechnologie. De WGM-gebaseerde sensor toepassingen omvatten die in de biologie 7, spoor gasdetectie 8 en onzuiverheid detectie in vloeistoffen 9. Mechanische sensoren gebaseerd op microsferen resonators zijn ook voorgesteld, waaronder die voor werking 10,11, druk 12, versnelling 13 en afschuifspanning 14. In de huidige, demonstreren we een WGM-based elektrische veld sensor, die voortbouwt op onze vorige studies 15,16. Een kandidaat toepassing van deze sensor is bij de detectie van neuronale actiepotentiaal. Het elektrische veld sensor is gebaseerd op polymere meerlagige dielektrische microsferen. Het externe elektrische veld induceert oppervlak en volume krachten op de parels (elektrostrictie effect) leidt tot elastische vervorming. Deze verandering in de morfologie van de sferen, leidt tot verschuivingen in de WGM. Het elektrische veld-geïnduceerde WGM verschuivingen worden ondervraagd door spannende de optische modi van de sferen door middel van laserlicht. Licht van een verdeelde terugkoppeling (DFB) laser (nominale golflengte van ~ 1,3 pm) is zijdelings gekoppeld in de microsferen met een taps gedeelte van een single mode optische vezel. Het basismateriaal van de sferen is polydimethylsiloxaan (PDMS). Drie microsfeer geometrieën worden gebruikt: (1) PDMS bol met een 60:1 volumeverhouding van base-to-harder-mengsel, (2) meerlaagse gebied met 60:1 PDMS kern om de diëlektrische constante van th verhogene bol, een middenlaag van 60:1 PDMS die wordt gemengd met verschillende hoeveelheden (2% tot 10% in volume) van bariumtitanaat en een buitenlaag van 60:1 PDMS en (3) vast silica bol bedekt met een dunne laag van niet uitgeharde PDMS basis. In elk type sensor wordt laserlicht uit de tapse vezel gekoppeld in de buitenste laag die een hoge optische kwaliteitsfactor WGM (Q ~ 10 6) bepaalt. De microsferen worden gepoold gedurende verscheidene uren bij elektrische velden ~ 1 MV / m hun gevoeligheid voor elektrische veld verhogen.

Optische mode (WGM) van de bol wordt opgewekt door het laserlicht wanneer de optische weglengte bezocht door het licht een veelvoud integer van de lasergolflengte. Voor de inrichting volgens figuur 3 is de optische weglengte 2πrn, waarbij n en r de brekingsindex en de straal van de bol, respectievelijk. Met geometrische optica benadering een WGM voorwaarde is vervuld wanneer 2πrn = lλ waarbij L een geheel getal en λ de laser golflengte. ...

Watch this Scientific Journal Video about Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors at JoVE.com

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

De zeer gevoelige fotonische micro sensor is ontwikkeld voor elektrisch veld detectie. De sensor maakt gebruik van de optische modi van een diëlektrische bol. Veranderingen in het externe elektrische veld verstoren het gebied morfologie leiden tot verschuivingen van de optische modes. De elektrische veldsterkte wordt gemeten door deze optische verschuivingen.

Ontwikkeling van Whispering Gallery Mode Polymeer Micro-optische 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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Magnetron Fotonica Systemen op basis van Whispering-gallery-mode resonatoren

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

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Real-Time DC-dynamische Biasing Methode voor het omschakelen Tijd Verbetering Ernstig Underdamped Fringing-veld elektrostatische MEMS Aandrijvingen

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Karakterisering van Anisotropisch Leaky Mode Modulators voor Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

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

Gestimuleerde Stokes en Antistokes Raman Scattering in microsferische 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 ...

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

Fiber Optic Distributed Sensoren voor Mapping Temperature Field High-resolution

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Nanogestructureerde Ag-zeoliet Composites als luminescentie-gebaseerde Vochtsensoren

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

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Elektrische-veldbesturingselement van elektronische Staten in WS2 nanoapparaten door het elektrolyt Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasone vermoeidheid in de modus van de spanning-compressie testen

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Radiofrequentie Magnetron sputteren van GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde Films op SrTiO3 (STO) Single-crystal substraten

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

Hybride afdrukken voor de fabrikatie van slimme sensoren

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...