Summary

Nanodetectionのリファレンス干渉計の実装

Published: April 26, 2014
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Summary

nanodetectionにとって望ましくないレーザジッタノイズを除去するように設計された基準干渉計技術は、超高品質係数マイクロキャビティをプロービングするために利用される。アセンブリ、セットアップ、およびデータ取得のための命令は、キャビティ品質係数を特定するための測定処理と並んで設けられている。

Abstract

超高品質係数マイクロキャビティを調べるのに適した熱的および機械的に安定化された光ファイバ干渉計は時代遅れである。その自由スペクトル領域(FSR)を評価した後、モジュールは、ファイバテーパマイクロキャビティシステムと並列に配置し、次いでレーザ周波数( すなわち、レーザジッタノイズ)ランダムシフトを単離し、そして排除することを介して較正。テーパーマイクロキャビティ接合を実現するために、共振器に転送される光パワーを最大化するために、単一モード光ファイバ導波路が引っ張られる。ポリスチレンナノビーズを含有する溶液を調製し、次いで、マイクロキャビティの表面に結合する感知するシステムの能力を実証するために、マイクロキャビティに流入される。データは、高解像度の品質係数の測定ならびにこのような共振波長分割周波数シフトなどの時間依存パラメータの描画を可能にする適応曲線フィッティングを介して、後処理されている。慎重にすることによりタイム·ドメイン応答のステップを検査し、周波数領域応答にシフトし、この装置は、別々の結合事象を定量化することができます。

Introduction

研究に従事nanodetectionと1-8バイオセンシングを目的としたウィスパリングギャラリーモード(WGM)マイクロキャビティの使用に大幅に上昇している。これは、超高品質係数(Q)単一タンパク質レベル2まで非常に小さい生物学的粒子を同定するのに精通している光学キャビティを含む。つまり、9月11日、小さなモード体積内の光エネルギーの空洞の閉じ込めで有効にすることができ、特別な感度で共鳴し、送信用のスプリット周波数の変化を監視し、ある。共振器の光学特性の変化は、次に、個別の分子またはナノ粒子の結合を起源とし、これらのシフトの原因である。このような用途のための三次元構造のWGM少ない洗練された例は、単にCO 2レーザを使用して線引きされた光ファイバをアブレーションすることによって近傍の原子的に平滑な表面で製造できるシリカ微小球である。知られているように、10 9のオーダーで高いQ-因子は、1を得ることができる。

微小空洞の共振周波数は、従来同時にオシロスコープで捕捉された光伝送を光検出しながら可変レーザ光源の光周波数を走査することによって監視される。この技術固有の欠点は、レーザー波長またはレーザ·ジッタ変動から生じる伝送における液滴の位置に関する不確実性である。この複雑さを克服するために、干渉計は、レーザジッタをキャンセルして観察された感度高めるために2基準信号を生成するためにマイクロキャビティと一緒に使用することができる。 (測定中過ぎたFSR周波数間隔のジッタリングからレーザを防止するのに十分大きい自由スペクトル範囲又はFSRを有する)int型干渉計と検出ビームを通過する参照光:光入力は、2つの光路に分割されるWGMの微小共振器とeracts。この機能は、分布帰還型レーザ(DFB)との組み合わせ周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)12とダブラーを伴うWGM感知と、より高度な構成と比較して実験を、合理化。この刊行物では、ナノスケール物質の超高品質係数マイクロキャビティベースの監視のための干渉計技術は3に記載されている。これを達成するために必要な設定およびデータ取得手順は、空洞の品質係数は、基準干渉法により決定することができる方法を示す、概説されている。

Protocol

1。基準干渉計の構築およびFSR測定建設オープントップのアクリルボックスを作成します。この構造体は、発泡スチロールの箱にX 16×16で16にしっかりするのに十分な大きさでなければなりません。 オープントップのアクリルボックスに座って、完全に熱分離のための発泡スチロールの箱で囲まれる光学部品を収容するために3段階の棚ユニットを製作。発泡スチロールの?…

Representative Results

プロトコルに従った後、トレースは、コンパイルされ、装着することができる。周波数分割がDPBS培地において観察されたビデオで示されたように、図3aは、マイクロスフェアの典型的な共鳴構造を示す。ダブルローレンツ関数にA最小二乗適合は、左右の共振ディップの品質係数は、それぞれ2.1×10 8であり、水性環境中で3.8×10 8ことを示している。 FWHMの光周波数?…

Discussion

この電流設定は、プローブレーザ源のための任意のフィードバック制御を必要とせずに、このようなマイクロディスク、マイクロスフェア、及び、微小トロイドとしてWGMマイクロキャビティ、様々なプロービングすることが可能である。検出のためにかなりの信号対雑音比(SNR)は経路長及び粒子によって誘導される後方散乱効果によって設けられた段差シフトの強化を得ることができる。?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者らは、図1の概念図を構築するための玄杜に感謝したいと思いますこの作品は、カナダの自然科学と工学研究評議会(NSERC)からの補助金によって賄われていた。

Materials

Polystyrene  Microspheres PolyScience
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) Life Technologies 14190
Piezoelectric Nanopositioner System Precision Instrument P-611.3S
Balanced Photodetector Thorlabs PDB120A
Photo Detector Newport 1801-FC
2 x 3-dB Fiber Optical Directional Coupler Thorlabs FC632-50B
10-dB Fiber Optical Directional Coupler Thorlabs FC632-90B
2 x Drop In Polarization Controller General Photonics PLC-003-S-25
Function Generator Hewlett Packard 33120A
Fusion Splicer Ericsson FSU-925
High-Speed Oscilloscope  Agilent DS09404A
2 x Motorized Translation Stage with Controller Thorlabs MTS25-Z8E
Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, Ø125 μm Cladding Thorlabs SM600
Real-Time Electrical Spectrum Analyzer Tektronix RSA3408B
Optical Spectrum Analyzer Agilent 70951A
632.5 – 637 nm Tunable Laser New Focus TLB-6304
Filtration Pump KNF labs
Ultrasonics Cleaner Crest Ultrasonics Powersonic 1100D
Mini Vortexer VWR VM-3000
Centrifuge Beckman Coulter Microfuge 22R

References

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Cite This Article
Vincent, S., Yu, W., Lu, T. Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection. J. Vis. Exp. (86), e51133, doi:10.3791/51133 (2014).

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