Name: development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00
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この研究は、プロジェクトマネージャーとして博士J.スコットロジャースとの統合フォトニクス工学研究（暗号）プログラムにおけるセンターのもとで、米国国防総省の国防高等研究計画庁（DARPA）が主催しています。このレポートに記載されている情報は必ずしも位置または米国政府の政策を反映していないと公式承認を推論するべきではありません。

1。 PDMSのマイクロスフェア製剤（スフィアI） <ol><li>ポリジメチルシロキサン（PDMS）をベースと硬化剤を60:1の体積比で混合されています。 </li><li>石英光ファイバのストランドは、約2cm長く、第一光学ストリッパーを使用して、そのプラスチッククラッドを剥奪されています。 </li><li>ファイバの一端を加熱し、先端に直径約25から50μmであるステムエンドを提供するために張られている。 </l...

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	<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. 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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>

球は最初は直流高電圧電源に電極を接続することにより、分極されています。ポーリング期間の終わりには、電極のリード線は、直流電圧電源から切断され、 図4に示すように、ファンクション·ジェネレータに接続されています。結果は、正と負の電界が（分極方向に対して）は、それぞれ、球の伸びと圧縮につながることを示して8〜図5に示した。球単層60:1 PDMSで...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td> PDMS </td><td>ダウコーニング</td><td>シルガード184 </td><td></td></tr><tr><td>石英ファイバー</td><td>繊維楽器販売</td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td>チタン酸バリウム（BaTiO 3）ナノ粒子</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 467634-100G </td><td></td></tr><tr><td>レーザーコントローラ</td><td> ILX Lightwave社</td><td> LDC-3724B </td><td></td></tr><tr><td> DFBレーザ</td><td> Agere社</td><td> Agere社2300 </td><td> 1.310μmの中心波長</td></tr><tr><td>フォトダイオード</td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / Dカード</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td><td> PXI 6115 </td><td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

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

誘電マイクロキャビティの光学モードは、幅広いアプリケーションで自分の可能性のために、近年、大きな注目を受けています。光学モードは頻繁に &quot;ウィスパリングギャラリーモード&quot;（WGM）または &quot;形態依存共鳴&quot;（MDR）と呼ばれ、高い光学的品質係数を発揮しています。マイクロキャビティ光共振器のいくつかの提案されたアプリケーションは、分光1、マイクロキャビティレーザー技術2、光通信3から6までと同様にセンサー技術にあります。 WGMベースのセンサ·アプリケーションでは生物学7、微量ガス検出8、9、液体中の不純物検出のものが含まれています。微小球共振に基づいて、機械的なセンサは、力10,11、圧力12、加速13、壁せん断応力14を含め、提案されている。現在では、我々の前ストゥディ上に構築WGMベース電界センサを実証ES 15,16。このセンサーの候補アプリケーションは、神経活動電位の検出である。 電界センサは、高分子多層誘電体微小球をに基づいています。外部電場が弾性変形につながる球（電歪効果）の面と身体の力を誘導する。球体の形態におけるこの変化は、WGMの変化につながる。電界誘起WGMシフトは、レーザー光による球の刺激的な光学モードによって尋問されています。分布帰還型（DFB）からの光は、レーザー（〜1.3μmの公称波長）は、シングルモード光ファイバのテーパ部を使用してマイクロスフェアにサイド結合されている。球体の基材としては、ポリジメチルシロキサン（PDMS）である。三マイクロスフェアジオメトリは使用されています：ベース·硬化剤混合物の60:1の体積比は、（1）のPDMS球、60:1 PDMSコアと（2）多層球を、目の誘電率を増加させるために、eの球、チタン酸バリウムの量を変え（2体積％〜10％）と60:1 PDMSの外層と薄層で被覆された（3）固体シリカ球と混合される60:1 PDMSの中間層未硬化のPDMSベースの。センサーの種類ごとに、テーパファイバからのレーザ光 ​​は光学的に高品質要因WGM（Q〜10 6）を提供しています最外層に結合される。ミクロスフェアは、電界に対する感受性を高めるために〜1 MV / mの電界で数時間的に分極されています。

光が移動した光路長は、レーザー波長の整数倍であるとき、球の光学モード（WGM）は、レーザ光により励起される。 図3に示す構成では、光路の長さは n と r はそれぞれ、球の屈折率と半径アール2πrnです。幾何光学近似を用いて、WGM条件が満たされた場合に2πrn=lλlは整数であり、λはレーザーの波長である。DFBレーザには小さな波?...

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

高感度フォトニックマイクロセンサは、電界検出用に開発されました。センサーは誘電体球の光学モードを利用している。その光学モードの変化につながる外部電場摂動球形態の変化。電界強度は、これらの光学シフトをモニターすることによって測定されます。

ギャラリーモード高分子マイクロ光電界センサを囁くの開発

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Research

JoVE Journal

Engineering

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