Sviluppo di Whispering Galleria polimerici modalità micro-ottici sensori di campo elettrico
Summary
Un sensore ad alta sensibilità fotonici micro stato sviluppato per il rilevamento del campo elettrico. Il sensore sfrutta i modi ottici di una sfera dielettrica. Le variazioni del campo elettrico esterno turbare la morfologia sfera che porta a cambiamenti nei suoi modi ottici. L'intensità del campo elettrico viene misurata monitorando questi spostamenti ottici.
Abstract
Modi ottici dielettrici di micro-cavità hanno ricevuto notevole attenzione in anni recenti per il loro potenziale in una vasta gamma di applicazioni. I modi ottici sono spesso indicati come "sussurrare modalità gallery" (WGM) o "risonanze morfologia dipendenti" (MDR) e presentano elevati fattori di qualità ottica. Alcune applicazioni proposte di risonatori ottici micro-cavità sono in spettroscopia 1, micro-cavità tecnologia laser 2, comunicazioni ottiche 3-6 e sensori. I WGM applicazioni basate su sensori includono quelli in biologia 7, rilevazione di gas traccia 8, e la rilevazione impurità in liquidi 9. Sensori meccanici basati su risonatori microsfere sono anche state proposte, compresi quelli per forza 10,11, pressione 12, 13 e accelerazione parete sollecitazione di taglio 14. Nel presente, si dimostra un WGM-based sensore di campo elettrico, che si basa sulla nostra studi precedenties 15,16. Un'applicazione candidato di questo sensore è nella rivelazione di potenziale d'azione neuronale.
Il sensore di campo elettrico si basa su polimerico multistrato dielettrico microsfere. Il campo elettrico esterno induce superficie e forze di massa sulle sfere (effetto electrostriction) che portano alla deformazione elastica. Questo cambiamento nella morfologia delle sfere, conduce a cambiamenti del WGM. Il campo elettrico indotto turni WGM sono interrogati dai emozionanti modi ottici delle sfere di luce laser. Luce da una retroazione distribuita (DFB) laser (lunghezza d'onda nominale di ~ 1,3 um) è lato-accoppiato nel microsfere con una sezione rastremata di una fibra ottica monomodale. Il materiale di base delle sfere è polidimetilsilossano (PDMS). Tre geometrie microsfere vengono utilizzati: (1) PDMS sfera con un rapporto volumetrico 60:1 di base-a-curing miscela agente, (2) sfera multistrato con 60:1 PDMS nucleo, per aumentare la costante dielettrica the sfera, uno strato intermedio di 60:1 PDMS che viene miscelato con quantità variabili (2% al 10% in volume) di titanato di bario e uno strato esterno di 60:1 PDMS e (3) sfera silice solido rivestito con uno strato sottile di non polimerizzato base di PDMS. In ogni tipo di sensore, luce laser dalla fibra rastremata è accoppiata nello strato più esterno che fornisce alta qualità ottica fattore WGM (Q ~ 10 6). Le microsfere vengono polarizzato per diverse ore a campi elettrici di ~ 1 MV / m per aumentare la loro sensibilità al campo elettrico.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le sfere sono inizialmente polarizzato collegando gli elettrodi ad una elevata tensione di alimentazione DC. Alla fine della durata poling, i cavi elettrodi sono scollegati dalla tensione DC e collegato ad un generatore di funzione come indicato nella figura 4. I risultati presentati nelle figure da 5 a 8 mostrano che campi elettrici positivi e negativi (rispetto alla direzione di polarizzazione) portano a sfera allungamento e compressione, rispettivamente. I sfera, che…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è sponsorizzato dalla US Defense Advanced Research Projects Agency sotto Centri in Integrated Photonics Engineering Research (cifrario) programma con il dottor J. Scott Rodgers come project manager. Le informazioni contenute in questa relazione non riflettono necessariamente la posizione o la politica del governo degli Stati Uniti e nessuna approvazione ufficiale può essere presupposta.
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
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