Desenvolvimento de Whispering Gallery Modo poliméricos Micro-ópticos sensores do campo eléctrico
Summary
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.
Abstract
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 "sussurrando modos Galeria" (WGM) ou "ressonâncias morfologia dependentes" (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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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. …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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 |
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