Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori
Summary
Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.
Abstract
Cavità OptoMeccanica esperimenti che parametrico coppia i modi fononi e le modalità di fotoni sono state studiate in diversi sistemi ottici, tra cui Microrisonatori. Esperimenti optomechanical Tuttavia, a causa delle maggiori perdite radiative acustici durante immersione in liquido diretto di dispositivi optomechanical, quasi tutti pubblicati sono stati eseguiti in fase solida. Questo articolo discute una cavità microfluidica optomechanical risonatore recentemente introdotto. Metodologia dettagliata è fornita per fabbricare questi risonatori microfluidica ultra-high-Q, eseguire test optomeccanico, e misurare la radiazione modalità di respirazione guidata pressione e SBS-driven modalità Whispering Gallery vibrazioni parametrici. Limitando i liquidi all'interno del risonatore capillare, elevati fattori di meccanica e ottica di qualità sono contemporaneamente mantenute.
Introduction
OptoMeccanica cavità studia l'accoppiamento parametrico tra i modi fononi e modalità di fotoni in Microrisonatori mediante pressione di radiazione (RP) 1-3 e stimolate scattering di Brillouin (SBS) 4-6. SBS e meccanismi RP sono state dimostrate in molti sistemi ottici differenti, come fibre 7, microsfere 4,6,8, toroidi 1,9, e risonatori cristallini 5,10. Attraverso questo accoppiamento fotone-fonone, sia per il raffreddamento 11 e l'eccitazione 6,10 di modalità di meccanici sono stati dimostrati. Tuttavia, quasi tutti segnalati OptoMeccanica esperimenti con fasi solide della materia. Questo perché liquido di immersione diretta dei dispositivi optomechanical risultati in notevolmente aumentata perdita acustica radiativo causa della maggiore impedenza dei liquidi confrontata aria. Inoltre, in alcune situazioni meccanismi di perdita dissipativi nei liquidi possono superare le perdite acustiche radiativo.
Recently, un nuovo tipo di cavo optomechanical oscillatore con una geometria microcapillare stato introdotto 12-15, con caratteristiche di concezione è attrezzata per esperimenti microfluidici. Il diametro di questo capillare viene modulata lungo la sua lunghezza a formare più "risonatori di bottiglia 'che confinano contemporaneamente ottici sussurro-gallery risonanze 16 così come modi di risonanza meccaniche 17. Diverse famiglie di modi di risonanza meccaniche partecipano, incluse le modalità di respirazione, modalità vino-vetro e modi acustici sussurri-gallery. Il bicchiere di vino (standing-wave) e sussurra-gallery acustico (itinerante onda) risonanze si formano quando una vibrazione con multiplo intero di lunghezze d'onda acustica si verifica intorno alla circonferenza del dispositivo. La luce è evanescently accoppiata nelle ottiche modalità sussurro-gallery di queste "bottiglie" per mezzo di una fibra ottica rastremata 18. Confinamento del liquido all'interno 19,20 risonatore capillare, comecontrario di fuori di essa, consente elevati fattori-meccaniche e ottiche di qualità simultaneamente, il che consente l'eccitazione ottica di modalità meccaniche sia attraverso RP e SBS. Come è stato mostrato, queste eccitazioni meccaniche sono in grado di penetrare nel liquido all'interno del dispositivo 12,13, formando un modo di risonanza solido-liquido in comune, permettendo così una interfaccia opto-meccanica per l'ambiente fluidico all'interno.
In questo articolo descriviamo la fabbricazione, RP e SBS attuazione e risultati di misura rappresentativi per questo sistema opto-romanzo. Sono inoltre disponibili gli elenchi dei materiali e degli strumenti specifici.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo fabbricato e testato un nuovo dispositivo che fa da ponte tra OptoMeccanica cavità e microfluidica impiegando high-Q risonanze ottiche di emozionare (e interrogare) vibrazioni meccaniche. E 'sorprendente che molteplici meccanismi di eccitazione sono disponibili nella stessa periferica, che generano una varietà di modi vibrazionali meccaniche a tassi abbracciano 2 MHz a 11,300 MHz. Pressione di radiazione centrifuga supporta entrambe le modalità bicchiere di vino e le modalità di respirazione nella campat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by Startup funding from the University of Illinois at Urbana-Champaign, DARPA ORCHID program through a grant from AFOSR, the National Science Foundation through grant CMMI-1265164, and the National Science Foundation Graduate Research Fellowship program. We acknowledge enlightening discussions with Prof. Jack Harris, Prof. Pierre Meystre, Dr. Matt Eichenfield, Prof. Taher Saif, and Prof. Rashid Bashir.
Materials
| Tunable IR laser | Newfocus | TLB-6328 | |
| Photodetectors | Newfocus | 1811-FC (Low speed 125MHz) / 1611-FC-AC (High speed 1GHz) | |
| Optical fiber | Corning | SMF28 | |
| Silica capillary | PolyMicro | TSP700850 | |
| 10.6 um wavelength CO2 laser | Synrad | 48-1KWM and 48-2KWM | |
| UV-curing optical adhesive | Thorlabs | NOA81 | |
| Tubing | Tygon | EW-06418-01 | |
| Syringes | B-D | YO-07940-12 | |
| Needles | Weller | KDS201P | |
| Electrical spectrum analyzer | Agilent Technologies | N9010A (EXA Signal Analyzer) | |
| Tektronix | 6114A (RSA, Real-time spectrum analyzer) | ||
| Optical spectrum analyzer | Advantest | Q8384 | |
| Oscilloscope | Tektronix | DPO 4104B-L | |
| Gold mirrors | II-VI Infrared | 836627 | |
| Linear stage (slow) | DryLin | H1W1150 | |
| Linear stage (fast) | PBC Linear | MTB055D-0902-14F12 | |
| Fabry Perot optical spectrum analyser | Thorlabs | SA 200-14A (FSR: 1.5 GHz) |
References
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