Name: development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00
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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 est...

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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. 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>

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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JoVE Journal

Engineering

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