Embalaje y detección ultrasensible de resonadores microópticos con vías de flujo.
Investigación
Embalaje y detección ultrasensible de resonadores microópticos con vías de flujo.
Hacia lo último en detección de alta sensibilidad
Los resonadores microópticos en modo de galería susurrante tienen un valor Q extremadamente alto y, por tanto, son sensibles a los pequeños cambios en el entorno del resonador. Incluso pequeños cambios en la permitividad compleja pueden detectarse como absorción (valor Q) o cambios en el índice de refracción (longitud de onda de resonancia), ya que la luz puede interactuar durante mucho tiempo. Utilizando esta propiedad, se han demostrado sensores ópticos ultrasensibles a nivel molecular.
Sin embargo, los estudios anteriores se han llevado a cabo en estrictas condiciones de laboratorio. Para ser utilizados como sensores, los elementos deben salir del laboratorio, lo que requiere el desarrollo de técnicas de embalaje con fibras ópticas y vías de flujo. Sin embargo, el uso de nanofibras con un diámetro cónico para un micro-resonador óptico en modo de galería susurrante requiere la entrada y salida de luz a través de la luz evanescente, y es esencial un posicionamiento preciso. Envasamos fibras nanotapizadas y micro resonadores ópticos utilizando un agente de curado con bajo cambio de volumen. También los integramos con vías de circulación. Se trata de un ejemplo de optofluídica, un campo de investigación en el que la integración de circuitos y canales ópticos proporciona funciones novedosas.
Fig. 1: (a) Espectros de transmisión del resonador en aire y en líquido. La detección puede realizarse observando el desplazamiento del espectro de transmisión. (b) Fotografía de un micro-resonador óptico empaquetado con fibras ópticas para las vías de flujo y entrada/salida.
Se demostró la detección de iones de NaCl y la detección de pH como aplicaciones de detección del resonador de modo de galería susurrante. Los sensores de pH convencionales requieren un electrodo, por lo que existe un cierto riesgo de ignición al detectar materiales inflamables. En esta ocasión, demostramos la detección totalmente óptica del pH, que se espera que dé lugar a aplicaciones como la detección de gases inflamables en el futuro.
Fig. 2: Cambio en la longitud de onda de resonancia de los micro-resonadores ópticos cuando se varía el pH.
Parte de este trabajo ha sido financiado por el Fondo de Investigación Científica y Tecnológica (15H05429, 25600118). Parte de esta investigación también fue financiada por el Programa de Fomento de la I+D en Información y Comunicaciones Estratégicas (SCOPE).
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