Nanodetection için bir referans Interferometer Uygulanması
Summary
Nanodetection için istenmeyen lazer seğirme gürültü çıkarmak için tasarlanmış bir referans interferometresi tekniği, ultra-yüksek kalite faktörü microcavity tarama için kullanılır. Montajı, kurulumu ve veri toplama için Talimatları kavite kalite faktörünü belirlemek için ölçüm işlemi yanında, sağlanmaktadır.
Abstract
Ultra-yüksek kalite faktörü mikro boşluklara incelenmesi için uygun bir termal ve mekanik stabilize lif girisimölçer şekillendirilmiştir. Serbest spektral aralığını (FR) değerlendirdikten sonra, modül fiber konik-microcavity sistemi ile paralel olarak konur ve sonra lazer frekansına (yani lazer seğirme gürültü) rastgele vardiya izole ve ortadan kaldırılması yoluyla kalibre. Konik-microcavity kavşak gerçekleştirmek ve rezonatör aktarılır optik gücünü maksimize etmek, bir tek modlu fiber optik dalga çekilir. Polistiren nanobeads içeren çözeltiler daha sonra hazırlanmış ve microcavity yüzeyine bağlanma anlamda sistem yeteneğini göstermek için microcavity için gitmiştir. Veri yüksek çözünürlüklü kalite faktörü ölçümleri yanı sıra rezonans dalga boyu ve frekansı bölme vardiya olarak zamana bağlı parametrelerin komplo sağlar uydurma adaptif eğrisi aracılığıyla sonrası işlenmiş olduğunu. Dikkatli tarafındanzaman-etki tepki adımları teftiş ve frekans etki tepki değişen, bu alet ayrık bağlanma olayları ölçmek olabilir.
Introduction
Araştırma faiz nanodetection ve 1-8 Biyoalgılayıcı amacıyla fısıldayan galeri modunda (WGM) mikro boşlukların kullanımı üzerinde önemli ölçüde arttı. Bu ultra-yüksek kalite faktörü (Q) tek protein düzeyinde 2 aşağı minik biyolojik parçacıkları, belirlenmesinde yetkin optik boşluklar içerir. Bu olağanüstü duyarlılığı ile iletim 9-11 küçük bir mod hacim içinde ışık enerjisi boşluktaki hapsi ile etkin olabilir için rezonans ve bölünmüş frekans değişimleri izleme, olduğunu. Bir rezonatör optik özellikleri varyasyonlar da ayrık molekül ya da nanopartiküllerin bağlama kaynaklanan bu kaymaların nedeni vardır. Bu tür uygulamalar için üç boyutlu bir yapının bir WGM daha az karmaşık, örneğin, sadece bir CO2 lazer kullanılarak çekilmiş bir fiber optik ablasyonu ile yakın bir atomik olarak pürüzsüz bir yüzeye sahip imal edilebilir bir silis mikrosfer olduğu. Bilindiği gibi,10 9 sipariş üzerine yüksek Q-faktörler 1 elde edilebilir.
Bir microcavity ait rezonans frekansı aynı zamanda, geleneksel olarak, bir osiloskopta yakalanır optik iletim foto-tespit ederken, ayarlanabilir bir lazer kaynağının optik tarama frekansı ile izlenir. Bu tekniğin doğal bir dezavantajı lazer dalga boyu veya lazer titremesini dalgalanan kaynaklanan iletim damla konumu ile ilgili belirsizlik olduğunu. Bu komplikasyon üstesinden gelmek için, girişimölçer lazer jitter iptal ve gözlenen hassasiyeti 2 artırmak için bir referans sinyali üretmek için bir microcavity birlikte kullanılabilir. (Ölçüm esnasında son bir FSR frekans aralığı titreşimi gelen lazer önlemek için yeterince büyük bir serbest spektral aralığının veya FSR ile) interferometre ve int bulgulama ışın geçer referans ışını: Işık giriş iki optik yolları ayrılmıştırWGM microresonator ile eracts. Bu özellik, bir dağıtılmış geribildirim lazer (DFB) kombinasyonu ve periyodik kutuplu lityum niyobat (PPLN) 12 DoubleR gerektiren WGM algılama gibi daha gelişmiş yapılandırmaları göre deneyler, akıcılık. Bu yayında, nano madde ultra-yüksek kalite faktörü microcavity tabanlı izlenmesi için girişimölçer tekniktir 3 tarif edilir. Bunu gerçekleştirmek için gerekli kurulum ve veri toplama işlemleri kavite kalite faktörü referans interferometri ile tespit edilebilir nasıl gösteren, özetlenmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu akım ayar prob lazer kaynağı için herhangi bir geri besleme kontrolü gerektirmeden, örneğin microdisks, mikro kürecikler ve mikro boşluklara WGM microtoroids gibi, bir dizi tarama özelliğine sahiptir. Tespiti için hatırı sayılır bir sinyal-gürültü oranı (SNR) nedeniyle yol uzunluğu ve partikül kaynaklı geri saçılma etkiler sağladığı adım kaydırma donanımlar için elde edilebilir. Sadelik ve referans interferometrenin kendisinin düşük maliyeti göz önüne alındığında, bu yöntem…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Şekil 1 kavramsal şemasını oluşturmak için Xuan Du teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Kanada Doğal Bilim ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) hibe tarafından finanse edildi.
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
- Vahala, K. J. Optical microcavities. Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).
- Lu, T., et al. High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities. PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).
- Vollmer, F., Arnold, S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).
- Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).
- Sun, Y., Fan, X. Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement. Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).
- Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. Rayleigh scattering in high-Q microspheres. J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).
- Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. Split frequency sensing methods and systems. Patent granted on. , (2013).
- Zhu, J., et al. On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator. Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).
- Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system. Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).
- Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities. Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).
- Chow, J. H., et al. Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation. Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).
- Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator. Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).
- Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator. Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).
- Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection. Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).
- Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, M. C. Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).
