تطوير يهمس معرض البوليمرية وضع مايكرو البصرية مجسات المجال الكهربائي
Summary
وقد تم تطوير جهاز استشعار عالية الحساسية الضوئية الدقيقة للكشف عن المجال الكهربائي. أجهزة الاستشعار البصرية وسائط يستغل لكرة عازلة. التغيرات في المجال الكهربائي الخارجي التشويش على التشكل المجال مما يؤدي إلى تحولات في أوضاع لها البصرية. يتم قياس شدة المجال الكهربائي من خلال رصد هذه التحولات البصرية.
Abstract
وقد تلقى وسائط بصرية من تجاويف الصغيرة عازلة اهتماما كبيرا في السنوات الأخيرة لإمكاناتهم في مجموعة واسعة من التطبيقات. ويشار في كثير من الأحيان وسائط البصرية على أنها "وسائط معرض يهمس" (WGM) أو "الأصداء مورفولوجيا المستقلة" (MDR)، ويحمل عالية الجودة العوامل البصرية. بعض التطبيقات المقترحة من الدقيقة تجويف بصري مرنانات هي في التحليل الطيفي 1، الصغيرة تجويف تكنولوجيا الليزر 2، الاتصالات البصرية 3-6 وكذلك تكنولوجيا الاستشعار. تطبيقات الاستشعار WGM القائم تشمل تلك الأحياء في 7، تتبع الكشف عن الغاز 8، والكشف عن الشوائب في السوائل 9. أجهزة الاستشعار الميكانيكية بناء على مرنانات المكروية كما تم اقتراح، بما في ذلك تلك القوة ل10،11، ضغط 12، 13 و تسارع الجدار القص الإجهاد 14. في الوقت الحاضر، ونحن يبرهن على وجود WGM المستندة إلى الاستشعار الحقل الكهربائي، الذي يستند ستودي رسائلنا السابقةوفاق 15،16. تطبيق مرشح لهذا المستشعر هو في الكشف عن إمكانات العمل العصبية.
ويستند جهاز استشعار المجال الكهربائي على البوليمرية المجهرية عازلة متعددة الطبقات. مجال كهربائي خارجي يدفع سطح الجسم والقوات على الأجواء (تأثير electrostriction) مما يؤدي إلى تشوه مرن. هذا التغيير في التشكل من المجالات، ويؤدي إلى تحولات في WGM. يتم استجواب الكهربائية التي يسببها مجال التحولات WGM بوسائط البصرية المثيرة للأجواء ضوء الليزر. الضوء من تغذية مرتدة توزيع (DFB) الليزر (الطول الموجي 1.3 ميكرومتر الاسمية لل~) هو جنبا إلى جانب المجهرية باستخدام القسم مدبب من الألياف البصرية واحد وضع. المادة الأساسية من المجالات هو polydimethylsiloxane (PDMS). وتستخدم هندستها المكروية ثلاثة: (1) PDMS المجال مع نسبة 60:1 من قاعدة الحجمي إلى علاج خليط الوكيل، (2) المجال طبقة متعددة مع 60:1 PDMS الأساسية، من أجل زيادة ثابت العزل الكهربائي من الالمجال الإلكتروني، وطبقة وسطى من PDMS 60:1 أن يتم خلط مع كميات متفاوتة (2٪ إلى 10٪ من حيث الحجم) من تيتانات الباريوم وطبقة خارجية من PDMS 60:1 و (3) السيليكا الصلبة المغلفة المجال بطبقة رقيقة من قاعدة PDMS غير مخمر. في كل نوع من أجهزة الاستشعار، ويقترن ضوء الليزر من الألياف مدبب في الطبقة الخارجية التي توفر عالية الجودة البصرية عامل WGM (Q ~ 10 6). وpoled والمجهرية لعدة ساعات في المجالات الكهربائية من MV 1 ~ / م لزيادة حساسيتها للمجال الكهربائي.
Protocol
Representative Results
Discussion
وpoled في البداية المجالات من خلال ربط الأقطاب إلى الجهد DC العرض عالية. في نهاية مدة poling، يتم قطع يؤدي الكهربائي من امدادات التيار الكهربائي DC وتوصيلها إلى مولد وظيفة على النحو المبين في الشكل 4. النتائج المقدمة في أرقام 5 إلى 8 تبين أن الحقول الكهربائي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويرعى هذا البحث من قبل الوكالة الأميركية مشاريع البحوث المتقدمة الدفاعية تحت مراكز بحوث في الهندسة المتكاملة الضوئيات (الشفرات) برنامج مع الدكتور سكوت رودجرز J. كمدير للمشروع. المعلومات الواردة في هذا التقرير لا تعبر بالضرورة عن موقف أو ينبغي أن يستدل سياسة حكومة الولايات المتحدة وليس موافقة رسمية.
Materials
| Company | Catalogue number | Comments (optional) | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| Silica fiber | Fiber Instrument Sales | E-37AP15-FIS | |
| Barium Titanate (BaTiO3) nanoparticles | Sigma Aldrich | 467634-100G | |
| Laser Controller | ILX Lightwave | LDC-3724B | |
| DFB Laser | Agere | Agere 2300 | 1.310 μm central wavelength |
| Photodiode | Thorlabs | PDA10CS | |
| A/D Card | National Instruments | PXI 6115 |
References
- von Klitzing, W. Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments. New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).
- Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J., Sercel, P. C. Fiber-coupled microsphere laser. Optics letters. 25 (19), 1430-1432 (2000).
- Tapalian, H. C., Laine, J. P., Lane, P. A. Thermooptical switches using coated microsphere resonators. IEEE photonics technology letters. 14 (8), 1118-1120 (2002).
- Little, B. E., Chu, S. T., Haus, H. A. Microring resonator channel dropping filters. Journal of lightwave technology. 15, 998-1000 (1997).
- Offrein, B. J., Germann, R., Horst, F., Salemink, H. W. M., Beyerl, R., Bona, G. L. Resonant coupler-based tunable add-after-drop filter in silicon-oxynitride technology for WDM networks. IEEE journal of selected topics in quantum electronics. 5, 1400-1406 (1999).
- Ilchenko, V. S., Volikov, P. S., et al. Strain tunable high-Q optical microsphere resonator. Optics communications. 145, 86-90 (1998).
- Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption. Optics. 28 (4), 272-274 (2003).
- Rosenberger, A. T., Rezac, J. P. Whispering-gallery mode evanescent-wave microsensor for trace-gas detection. Proceedings of SPIE. 4265, 102-112 (2001).
- Ioppolo, T., Das, N., Ötügen, M. V. Whispering gallery modes of microspheres in the presence of a changing surrounding medium: A new ray-tracing analysis and sensor experiment. Journal of applied physics. 107, 103105 (2010).
- Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. High-resolution force sensor based on morphology dependent optical resonances of polymeric spheres. Journal of applied physics. 105 (1), 013535 (2009).
- Ioppolo, T., Kozhevnikov, M., Stepaniuk, V., Ötügen, M. V., Sheverev, V. Micro-optical force sensor concept based on whispering gallery mode resonances. Applied optics. 47 (16), 3009-3014 (2008).
- Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Pressure tuning of whispering gallery mode resonators. Journal of optical society of America B. 24 (10), 2721-2726 (2007).
- Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Effect of acceleration on the morphology dependent optical resonances of spherical resonators. Journal of optical society of America B. 28, 225-227 (2011).
- Ayaz, U. K., Ioppolo, T., Ötügen, M. V. Wall shear stress sensor based on the optical resonances of dielectric microspheres. Measurement science and technology. 22, 075203 (2011).
- Ioppolo, T., Ayaz, U. K., Ötügen, M. V. Tuning of whispering gallery modes of spherical resonators using an external electric field. Optics express. 17 (19), 16465-16479 (2009).
- Ioppolo, T., Stubblefield, J., Ötügen, M. V. Electric field-induced deformation of polydimethylsiloxane polymers. Journal of applied physics. 112, 044906 (2012).
- Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., Ötügen, M. V. A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications. Review of scientific instrumentation. 83, 105003 (2012).
