Conditionnement et détection ultra-sensible de résonateurs micro-optiques avec voies d'écoulement.

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Conditionnement et détection ultra-sensible de résonateurs micro-optiques avec voies d'écoulement.

Vers le nec plus ultra en matière de détection à haute sensibilité

Les résonateurs micro-optiques en mode galerie de chuchotement ont une valeur Q extrêmement élevée et sont donc sensibles aux petits changements dans l'environnement du résonateur. Même de légères modifications de la permittivité complexe peuvent être saisies dans les changements d'absorption (valeur Q) ou d'indice de réfraction (longueur d'onde de résonance), car la lumière peut interagir pendant de longues périodes de temps. En utilisant cette propriété, des capteurs optiques ultra-sensibles au niveau moléculaire ont été démontrés.

Cependant, les études précédentes ont été réalisées dans des conditions strictes de laboratoire. Pour être utilisés comme capteurs, les éléments doivent sortir du laboratoire, ce qui nécessite le développement de techniques de conditionnement avec des fibres optiques et des chemins d'écoulement. Cependant, l'utilisation de nanofibres au diamètre effilé dans un micro-résonateur optique en mode galerie de chuchotement nécessite l'entrée et la sortie de lumière par évanescence, et un positionnement précis est essentiel. Nous avons emballé des fibres nanotapées et des micro-résonateurs optiques en utilisant un agent de durcissement à faible changement de volume. Nous les avons également intégrés à des voies d'écoulement. Il s'agit d'un exemple d'optofluidique, un domaine de recherche dans lequel l'intégration de circuits et de canaux optiques fournit de nouvelles fonctions.

Fig. 1 : (a) Spectres de transmission du résonateur dans l'air et dans le liquide. La détection peut être réalisée en observant le décalage du spectre de transmission. (b) Photographie d'un micro-résonateur optique emballé avec des fibres optiques pour les voies de circulation et l'entrée/sortie.

La détection des ions NaCl et la détection du pH ont été démontrées comme des applications de détection du résonateur en mode galerie de chuchotement. Les capteurs de pH classiques nécessitent une électrode, d'où un certain risque d'inflammation lors de la détection de matériaux inflammables. Cette fois, nous avons fait la démonstration de la détection du pH à l'aide d'une détection entièrement optique, ce qui devrait conduire à des applications telles que la détection de gaz inflammables à l'avenir.

Fig. 2 : Changement de la longueur d'onde de résonance des résonateurs micro-optiques lorsque le pH varie.

Une partie de cette recherche a été soutenue par le Fonds de recherche en science et technologie (15H05429, 25600118). Une partie de ce travail a également été soutenue par le programme de promotion de la R&D en matière d'information stratégique et de communications (SCOPE).