En høj følsomhed fotoniske mikro sensor blev udviklet til elektrisk felt detektering. Sensoren udnytter optiske former for et dielektrisk område. Ændringer i den ydre elektrisk felt forstyrrer sfære morfologi, der fører til forskydninger i dets optiske tilstande. Den elektriske feltstyrke måles ved overvågning af disse optiske forskydninger.
Optiske former for dielektriske mikro-hulrum har fået betydelig opmærksomhed i de senere år for deres potentiale i en bred vifte af applikationer. De optiske tilstande ofte benævnt "hviskegallerimodus modes" (WGM) eller "morfologi afhængige resonanser" (MDR) og udviser høj optisk kvalitet faktorer. Nogle foreslåede anvendelser af mikro-hulrum optiske resonatorer er i spektroskopi 1, mikro-hulrum laserteknologi 2, optisk kommunikation 3-6 samt sensorteknologi. De WGM-baserede sensor applikationer omfatter dem i biologi 7, spor gasdetektion 8 og urenhed opdagelse i væsker 9. Mekaniske sensorer baseret på mikrokugle resonatorer er også blevet foreslået, herunder dem, for kraft 10,11, tryk 12, acceleration 13 og væg forskydningsspænding 14. I den foreliggende, viser vi en WGM-baseret elektrisk felt sensor, som bygger på vores tidligere studies 15,16. En kandidat anvendelsen af denne sensor er i afsløring af neuronal virkningspotentiale.
Det elektriske felt sensoren er baseret på polymert flerlaget dielektrisk mikrosfærer. Den eksterne elektriske felt inducerer overflade og krop kræfter på kugler (electrostriction effekt), der fører til elastisk deformation. Denne ændring i morfologien af kuglerne, fører til forskydninger i WGM. Det elektriske felt-inducerede WGM skift forhørt af spændende de optiske tilstande kuglerne ved laserlys. Lys fra en fordelt tilbagekobling (DFB) laser (nominel bølgelængde på ~ 1,3 um) er side-koblet i mikrosfærerne under anvendelse af en tilspidset del af en single-mode optisk fiber. Basismaterialet af kuglerne er polydimethylsiloxan (PDMS). Tre mikrosfærepræparater geometrier anvendes: (1) PDMS kugle med et 60:1 volumetrisk forhold på bund-mod-hærdemiddel-blanding, (2) flere lag kugle med 60:1 PDMS kerne, for at forøge den dielektriske konstant af the kugle, et midterlag af 60:1 PDMS der er blandet med varierende mængder (2% til 10 volumen%) af bariumtitanat og et ydre lag af 60:1 PDMS og (3) fast silica kugle belagt med et tyndt lag af uhærdet PDMS base. I hver type sensor, er laserlys fra den tilspidsede fiber koblet til det yderste lag, der giver høj optisk kvalitet faktor WGM (Q ~ 10 6). Mikrokuglerne er polariseres i adskillige timer ved elektriske felter af ~ 1 MV / m for at forøge deres følsomhed over for elektrisk felt.
Kuglerne er oprindeligt polariseret ved at forbinde elektroderne til en DC højspændingsforsyning. Ved afslutningen af polarisationsfeltet varighed, er elektroderne afbrydes fra jævnstrømsforsyning og forbundet til en funktionsgenerator som vist i figur 4. Resultaterne præsenteret i figur 5 til 8 viser, at positive og negative elektriske felter (i forhold til retningen af poling) fører til kugle forlængelse og komprimering hhv. Sfære I, som er et enkelt lag 60:1 …
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning er sponsoreret af det amerikanske Defense Advanced Research Projects Agency under Centers i Integrated Photonics Engineering Research (Cipher) program med Dr. J. Scott Rodgers som projektleder. Oplysningerne i denne rapport afspejler ikke nødvendigvis den holdning eller politik den amerikanske regering og nogen officiel godkendelse skal udledes heraf.
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 |