Розробка режиму шепотіння галереї Полімерні мікрооптичні датчики електричного поля

Оптичний режим (WGM) сфери збуджується лазерним випромінюванням, коли довжина оптичного шляху, що проходить світлом, є численним цілим числом довжини хвилі лазера. Для розташування, зображеного на рис. 3 , довжина оптичного шляху дорівнює 2πrn , де n та r - показник заломлення та радіус сфери відповідно. За допомогою наближення геометричної оптики виконується умова WGM, коли 2πrn = lλ, де l - ціле число, а λ - довжина хвилі лазера . Оскільки лазер DFB налаштований на невеликий діапазон довжин хвиль, оптичні режими діелектричної сфери (WGM) розглядаються як різкі провали в спектрі через оптичне волокно. Коли сфера зазнає пружної деформації внаслідок зовнішнього електричного поля, положення занурення в спектрі пропускання зміщується. На рис. 5 представлені типові спектри пропускання і зсув WGM через зовнішнє електричне поле для сфери PDMS 60: 1 діаметром 900 мкм. При включенні електричного поля 50 кВ / м оптичний режим WGM, що розглядається як занурення в спектрі пропускання, має синій зсув Δλ ≈ 1.9 pm, що вказує на те, що сфера витягнута вздовж напрямку поля. Зазначимо, що довжина оптичного шляху всередині сфери знаходиться на екваторіальній площині, нормальній до напрямку електричного поля ( рис. 4 ). Оптичний коефіцієнт якості для занурення WGM на фігурі становить ~ 5x105.

На рис. 6а показано зсув WGM, Δλ , сфери I під 1 Гц гармонічного електричного поля з амплітудою 200 В / м. Діаметр сфери становить 700 мкм і його полірують протягом 2 год в статичному електричному полі 1 МВ / м. Відповідний зсув WGM проти ділянки амплітуди електричного поля показано на малюнку 6b . Сфера I дає чутливість 1,7 мкм / (кВ / м). Результати для сфери II і III показані на фігурах 7 і 8 , відповідно. На Фіг.7 показані результати Сфери II з зовнішнім діаметром ~ 700 мкм, а на Фіг.8 - вимірювання з Сферою III, яка складалася з 300 мкм кремнеземного ядра і 150 мкм товщини PDMS-основи з покриттям над нею. У цих вимірах Q- фактори становили від 5 x 105 до 106. Морфологія сфери і пов'язані з ними WGM чутливі до інших зовнішніх умов. Таким чином, кожне вимірювання завершується за короткий проміжок часу (~ 1 хв), так що вплив на навколишнє середовище (наприклад, температура, вологість і т.д.) на зрушення WGM незначний.

Рисунок 1. Схема конфігурацій трьох сферичних датчиків.

Рисунок 2. Фотографія зв'язаного кулі-конічного волокна.

Рисунок 3. Схема оптоелектронної установки.

Рисунок 4. Схема (а); фотографія (b) експериментальної установки.

Рисунок 5. Спектри передачі через сферо-пов'язане волокно.

6. Зсув WGM сфери I при збуренні гармонічного поля (а); Зсув WGM проти амплітуди електричного поля (b). Натисніть тут, щоб переглянути більшу цифру .

7. Зсув WGM Сфери II під збуренням гармонічного поля (а); Зсув WGM проти амплітуди електричного поля (b). Натисніть тут, щоб переглянути більшу цифру .

Рис. 8. Зсув WGM сфери III під збуренням гармонічного поля (a); Зсув WGM проти амплітуди електричного поля (b). Натисніть тут, щоб переглянути більшу цифру .