Développement de Whispering Gallery mode polymères micro-capteurs de champ électrique
Summary
Un capteur de haute sensibilité photonique micro est développé pour la détection du champ électrique. Le capteur exploite les modes optiques d'une sphère diélectrique. Les changements dans l'perturbent champ électrique externe de la morphologie sphère conduit à des changements dans ses modes optiques. L'intensité du champ électrique est mesurée par la surveillance de ces changements optiques.
Abstract
Modes optiques diélectriques micro-cavités ont reçu une attention considérable ces dernières années pour leur potentiel dans une large gamme d'applications. Les modes optiques sont souvent appelées "modes de galerie (WGM») ou «résonances morphologie charge» (MDR) et présentent des facteurs élevés de qualité optique. Certaines applications proposées de micro-cavités des résonateurs optiques sont en spectroscopie 1, la technologie laser micro-cavité 2, communications optiques 6.3 ainsi que la technologie des capteurs. Les applications de capteurs à base de WGM comprennent ceux de la biologie 7, la détection de traces de gaz 8, et la détection d'impuretés dans les liquides 9. Capteurs mécaniques basés sur des résonateurs microsphères ont également été proposées, y compris ceux pour la force de 10,11, la pression 12, 13 et accélération paroi contrainte de cisaillement 14. Dans le présent, nous démontrons un capteur de WGM basée champ électrique, qui s'appuie sur notre studi précédentees 15,16. Une application de ce capteur candidat est dans la détection de potentiel d'action neuronale.
Le capteur de champ électrique est basé sur des microsphères polymères multicouche diélectrique. Le champ électrique externe induit surface du corps et les forces sur les sphères (effet électrostrictif) conduisant à une déformation élastique. Ce changement dans la morphologie des sphères, conduit à des changements dans le WGM. Le champ électrique induit des changements WGM sont interrogés par l'excitation des modes optiques des sphères de lumière laser. La lumière à partir d'une rétroaction répartie (DFB) laser (longueur d'onde nominale de ~ 1,3 um) est couplé côté-dans les microsphères à l'aide d'une section conique d'une fibre optique monomode. Le matériau de base de la sphère est le polydiméthylsiloxane (PDMS). Trois géométries microsphères sont utilisées: (1) PDMS sphère avec un rapport volumétrique de 60:1 base-durcisseur mélange d'agents, (2) à plusieurs couches avec sphère 60:1 PDMS noyau, afin d'augmenter la constante diélectrique du ièmee sphère, une couche médiane de 60:1 PDMS qui est mélangé avec des quantités variables (2% à 10% en volume) de titanate de baryum et une couche externe de 60:1 PDMS et (3) la sphère de silice solide revêtu d'une couche mince de PDMS de base non durci. Dans chaque type de capteur, la lumière laser à partir de la fibre conique est couplée dans la couche la plus externe qui fournit une grande qualité optique facteur WGM (Q ~ 10 6). Les microsphères sont polarisées pendant plusieurs heures à des champs électriques de ~ 1 MV / m pour accroître leur sensibilité au champ électrique.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les sphères sont d'abord polarisé en reliant les électrodes à une alimentation en courant continu à haute tension. À la fin de la durée de polarisation, les conducteurs d'électrodes sont déconnectées de l'alimentation en courant continu et connecté à un générateur de fonction, comme indiqué dans la figure 4. Les résultats présentés dans les figures 5 à 8 montrent que positifs et négatifs des champs électriques (par rapport à la direction de polarisation…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche est soutenue par la US Defense Advanced Research Projects Agency en vertu de centres intégrés de recherche en photonique Ingénierie (Cipher) programme avec le Dr J. Scott Rodgers comme chef de projet. L'information fournie dans ce rapport ne reflètent pas nécessairement la position ou la politique du gouvernement américain et aucune approbation officielle doit être déduite.
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 |
Riferimenti
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