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

Denna forskning är sponsrad av den amerikanska Defense Advanced Research Projects Agency enligt Centers i integrerad fotonik Engineering Research (chiffer) program med Dr J. Scott Rodgers som projektledare. Informationen i denna rapport återspeglar inte nödvändigtvis den ståndpunkt eller politik den amerikanska regeringen och ingen officiell bekräftelse oavsiktliga.

1. PDMS mikrosfärberedningen (Sphere I) <ol><li> Polydimetylsiloxan (PDMS) bas och härdaren blandas med ett volymförhållande av 60:1. </li><li> En sträng av kiseldioxid optisk fiber, ca 2 cm lång, först fråntagen sin plast beklädnad använder en optisk strippa. </li><li> En ände av fibern upphettas och sträcks för att åstadkomma en stam ände som är ~ 25-50 | im i diameter vid spetsen. </li><li> Den sträckta änden av fibern är nedsänkt i PDMS blandningen genom en längd av cirka 2-4 mm och därefter ...

<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>

Sfärerna initialt polas genom att ansluta elektroderna till en DC-högspänningskälla. Vid slutet av polning varaktighet, är elektroden leder bortkopplad från likströmsförsörjningen och ansluten till en funktionsgenerator som visas i figur 4. De resultat som presenteras i figurerna 5 till 8 visar att positiva och negativa elektriska fält (i förhållande till riktningen för polning) leder till sfär töjning och kompression, resp. Sfär I, som är ett enda skik...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> Företag </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer (tillval) </td></tr><tr><td> PDMS </td><td> DOW CORNING </td><td> Sylgard 184 </td><td></td></tr><tr><td> Kiseldioxidfiber </td><td> Fiber Instrument Försäljning </td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td> Bariumtitanat (BaTiOs 3) nanopartiklar </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 467.634-100G </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 ^ m central våglängd </td></tr><tr><td> Fotodiod </td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / D-kortet </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

Optiska former av dielektriska mikro-hålrum har fått betydande uppmärksamhet under de senaste åren för sin potential i ett brett spektrum av tillämpningar. De optiska lägen är ofta kallas &quot;Whispering Gallery lägen&quot; (WGM) eller &quot;morfologi beroende resonanser&quot; (MDR) och uppvisar hög optisk kvalitet faktorer. Vissa planerade tillämpningar av mikro-hålighet optiska resonatorer är i spektroskopi 1, mikro-hålrummet laserteknik 2, optisk kommunikation 3-6 samt sensorteknik. De WGM-baserade sensor applikationer inkluderar de i biologi 7, spår gasdetektering 8, och orenhet upptäckt i vätskor 9. Mekaniska sensorer baserade på mikrosfär resonatorer har också föreslagits, inklusive de för kraft 10,11, 12 tryck, acceleration 13 och vägg skjuvspänning 14. I dagsläget visar vi en WGM-baserad elektriskt fält sensor, som bygger på vår tidigare studies 15,16. En kandidat tillämpning av denna sensor är vid detektering av neuronal aktionspotential. Det elektriska fältet Sensorn är baserad på polymer flerskiktiga dielektriska mikrosfärer. Den externa elektriska fältet inducerar yta och tvingar kroppen på sfärerna (electrostriction effekt) leder till elastisk deformation. Denna förändring i morfologin hos sfärerna, leder till förskjutningar i WGM. Det elektriska fältet inducerade WGM skift förhörs av spännande de optiska lägen sfärerna genom laserljus. Ljus från en distribuerad återkoppling (DFB-laser) (nominell våglängd av ~ 1,3 um) är sida-kopplad i mikrosfärerna med en avsmalnande sektion av en optisk singelmodfiber. Basmaterialet av sfärerna är polydimetylsiloxan (PDMS). Tre mikrosfär geometrier används: (1) PDMS sfär med en 60:1 volymförhållande av bas-till-härdare blandning, (2) flera skikt sfär med 60:1 PDMS kärna, för att öka den dielektriska konstanten av the sfär, ett mellanskikt av 60:1 PDMS som blandas med varierande mängder (2% till 10% av volymen) av bariumtitanat och ett yttre skikt av 60:1 PDMS och (3) fast kiseldioxid sfär belagd med ett tunt skikt av ohärdad PDMS bas. I varje typ av sensor, är laserljus från den avsmalnande fibern kopplas till den yttersta skiktet som ger hög optisk WGM kvalitetsfaktorn (Q ~ 10 6). Mikrosfärerna polas under flera timmar vid elektriska fält av ~ 1 MV / m för att öka deras känslighet för elektriskt fält.

En optisk mod (WGM) av sfären exciteras av laserljus när optiska banlängden rest av ljuset är en multipel heltal laservåglängden. För arrangemanget som visas i figur 3, är den optiska banlängden 2πrn, där n och r är brytningsindex och sfärens radie resp. Använda geometriska optik approximation är en WGM tillstånd nöjda när 2πrn = lλ där l är ett heltal och λ är laserns våglängd. När DFB-lasern är inställd över e...

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

En hög känslighet fotoniska mikro sensor var utvecklad för elektriska fält upptäckt. Sensorn utnyttjar optiska moder av en dielektrisk sfär. Förändringar i den externa elektriska fältet stör sfären morfologi leder till förändringar i dess optiska lägen. Den elektriska fältstyrkan mäts genom att övervaka dessa optiska skift.

Utveckling av Whispering Gallery läge Polymera Micro-optiska sensorer för elektriska

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

Mikrovågsfotonik Systems Baserat på Whispering-gallery-läge resonatorer

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-dynamiska Polarisering Metod för Växlingstid Förbättring Svårt underdämpat Frans-fält Elektro MEMS ställdon

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 av Anisotropa Läckande läge modulatorer för 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

Stimulerad Stokes och Antistokes Raman Scattering i mikrosfäriska Whispering Gallery läge resonatorer

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

Fiberoptiska Distribuerade sensorer för hög upplösning Temperatur Field Mapping

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

Nanostrukturerade Ag-zeolit ​​Composites som Luminescence-baserade Fuktsensorer

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

Elektriska-fältet kontroll av elektroniska staterna i WS2 nanomaskiner sig av 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

Ultraljud trötthet testning i spänning-komprimering läge

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

Radiofrekvens Magnetron Sputtering av GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer på SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat

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

Hybrid utskrift för tillverkning av smarta sensorer

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