All work performed under the support of the National Institute of Standards and Technology. Certain commercial equipment, instruments, or materials are identified to foster understanding of this protocol. Such identification does not imply recommendation or endorsement by the National Institute of Standards and Technology, nor does it imply that the materials or equipment identified are necessarily the best available for the purpose.

<ol>
	<li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acceleration+and+Trapping+of+Particles+by+Radiation+Pressure.">Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 24 (4), 156-159 (1970).</li><li>Gieseler, J., Novotny, L., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+nonlinearities+in+a+nanomechanical+oscillator.">Thermal nonlinearities in a nanomechanical oscillator.</a> Nat. Phys. 9 (12), 806-810 (2013).</li><li>Gieseler, J., Deutsch, B., Quidant, R., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subkelvin+Parametric+Feedback+Cooling+of+a+Laser-Trapped+Nanoparticle.">Subkelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (10), 103603 (2012).</li><li>Chang, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cavity+opto-mechanics+using+an+optically+levitated+nanosphere.">Cavity opto-mechanics using an optically levitated nanosphere.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 107 (3), 1005-1010 (2010).</li><li>Arita, Y., Mazilu, M., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+rotation+and+cooling+of+a+trapped+microgyroscope+in+vacuum.">Laser-induced rotation and cooling of a trapped microgyroscope in vacuum.</a> Nat. Commun. 4, 2374 (2013).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+and+manipulation+of+viruses+and+bacteria.">Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria.</a> Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).</li><li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Applications+of+Optical+Forces.">Biological Applications of Optical Forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).</li><li>Mehta, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Biomechanics+with+Optical+Methods.">Single-Molecule Biomechanics with Optical Methods.</a> Science. 283 (5408), 1689-1695 (1999).</li><li>Arvanitaki, A., Geraci, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+High-Frequency+Gravitational+Waves+with+Optically+Levitated+Sensors.">Detecting High-Frequency Gravitational Waves with Optically Levitated Sensors.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (7), 071105 (2013).</li><li>Moore, D. C., Rider, A. D., Gratta, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Search+for+Millicharged+Particles+Using+Optically+Levitated+Microspheres.">Search for Millicharged Particles Using Optically Levitated Microspheres.</a> Phys. Rev. Lett. 113 (25), 251801 (2014).</li><li>Li, T., Kheifets, S., Medellin, D., Raizen, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+instantaneous+velocity+of+a+Brownian+particle.">Measurement of the instantaneous velocity of a Brownian particle.</a> Science. 328 (5986), 1673-1675 (2010).</li><li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parametric+Force+Analysis+for+Measurement+of+Arbitrary+Optical+Forces+on+Particles+Trapped+in+Air+or+Vacuum.">Parametric Force Analysis for Measurement of Arbitrary Optical Forces on Particles Trapped in Air or Vacuum.</a> ACS Photonics. 2 (10), 1451-1459 (2015).</li><li>Summers, M. D., Burnham, D. R., McGloin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+solid+aerosols+with+optical+tweezers:+A+comparison+between+gas+and+liquid+phase+optical+traps.">Trapping solid aerosols with optical tweezers: A comparison between gas and liquid phase optical traps.</a> Opt. Express. 16 (11), 7739-7747 (2008).</li><li>Anand, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerosol+droplet+optical+trap+loading+using+surface+acoustic+wave+nebulization.">Aerosol droplet optical trap loading using surface acoustic wave nebulization.</a> Opt. Express. 21 (25), 30148-30155 (2013).</li><li>Lee, W. M., Reece, P. J., Marchington, R. F., Metzger, N. K., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+calibration+of+an+optical+trap+on+a+fluorescence+optical+microscope.">Construction and calibration of an optical trap on a fluorescence optical microscope.</a> Nat. Protoc. 2 (12), 3226-3238 (2007).</li><li>Pesce, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Step-by-step+guide+to+the+realization+of+advanced+optical+tweezers.">Step-by-step guide to the realization of advanced optical tweezers.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 32 (5), B84 (2015).</li><li>Thornton, S. T., Marion, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Classical Dynamics of Particles and Systems. , (2003).</li><li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+optical+levitation+by+radiation+pressure.">Stability of optical levitation by radiation pressure.</a> Appl. Phys. Lett. 24 (12), 586-588 (1974).</li><li>Chandrasekhar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+Problems+in+Physics+and+Astronomy.">Stochastic Problems in Physics and Astronomy.</a> Rev. Mod. Phys. 15 (1), 1-89 (1943).</li><li>Li, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microspheres. , 9-21 (2013).</li><li>Chai, Z., Liu, Y., Lu, X., He, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+Adhesion+Force+by+Means+of+Atomic+Layer+Deposition+of+ZnO+Films+with+Nanoscale+Surface+Roughness.">Reducing Adhesion Force by Means of Atomic Layer Deposition of ZnO Films with Nanoscale Surface Roughness.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (5), 3325-3330 (2014).</li><li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+accumulation+of+electric+charge+on+a+single+dielectric+particle+trapped+in+air.">Measurement and accumulation of electric charge on a single dielectric particle trapped in air.</a> SPIE OPTO. 9764, (2016).</li></ol>

The authors declare no competing financial interest.

تم تصميم قاذفة كهرضغطية لتحسين الأداء الديناميكي للPZT المحدد. الاختيار السليم للمواد PZT وإدارة الذبذبات فوق الصوتية هي الخطوات الرئيسية لانتاج تجربة ناجحة. PZTs لها خصائص مختلفة اعتمادا على نوع من محول (بالجملة أو مكدسة) والمواد المكونة (أو القوة الناعمة). كما يتم اختيار PZT نوع الأكبر مصنوعة من مادة كهرضغطية الصعبة للأسباب التالية. أولا، المواد كهرضغطية الصلبة لديها خسائر عازلة أقل وأعلى جودة عامل ميكانيكي من مواد لينة. ثانيا، يمثل نوع PZT بالجملة على الحمل الكهربائي أقل وأسهل لدفع بترددات عالية من نوع محول مكدسة. تحت عملية ديناميكية، يمكن عالية السعة التذبذب يسبب القوات الشد على السيراميك PZT إلغاء تحميل التي تؤدي إلى عطل ميكانيكي. ويستخدم هيكل تحميلها مسبقا الميكانيكية لتوفير ثبات الحمل للحد من رد فعل عنيف وتعزيز الأداء الديناميكي للPZT. والتقىيتم إدخال allic هل حلقة بين صاحب PZT وعصابة من نوع PZT. هذا الفاصل حلقة معدنية يركز السلطة بالموجات فوق الصوتية وتوزع بالتساوي حول الحلبة (أي المحليين متفاوتة) الضغط (يمكن بسهولة كسر ساترة.). مع قاذفة PZT مصممة تصميما جيدا، المحاذاة الصحيحة للجسيمات لشعاع محاصرة في كلا الاتجاهين المحورية والشعاعية تحدد كفاءة فخ التحميل. إذا لم يتم السابحة الجسيم بنجاح بعد ينبض، كرر محاذاة الركيزة ونقل التركيز قليلا أقل من الجسيمات للعثور على موضع التحميل البصرية. لعدسة الهدف القريب من الأشعة تحت الحمراء تصحيح، يتم تعيين تركيز شعاع محاصرة أن تكون قليلة ميكرومتر تحت الطائرة العينة التي تركز على اتفاقية مكافحة التصحر. قوة محاصرة المثلى اللازمة لالمجهرية الدقيقة فخ يختلف لحجم التغييرات microparticle الهدف. 13 ويمكن الاطلاع على السلطة محاصرة الأمثل تجريبيا من خلال التجربة والخطأ. الطاقة المطلوبة هنا (140 ميغاواط) هومرتفعة نسبيا نظرا لانخفاض NA والعمل لمسافات طويلة المستخدمة. نحن هنا أثبت عكسها فخ تحميل 20 ميكرون PS الجسيمات. ومع ذلك، يمكن أن يمتد نهجنا لجسيمات أصغر. لالمجهرية الدقيقة الصغيرة، قد لدينا قاذفة PZT الحالية غير قادرة على توفير ما يكفي من السلطة بالموجات فوق الصوتية لفصل الجسيمات. وقد تبين أن استخدام أسرع الدائرة PZT القيادة للافراج عن جسيمات أصغر. 20 وبالإضافة إلى ذلك، على سطح التصاق منخفضة يمكن أن يكون نهجا بديلا. و21 الحد من التصاق بين المجهرية الدقيقة والركيزة تخفيف الحد الأدنى من السلطة بالموجات فوق الصوتية اللازمة لفصل الجسيمات وبالتالي يمكن أن تستخدم أيضا لدينا قاذفة PZT الحالية لفصل جسيمات أصغر. معظم تقنيات التحميل التقليدية هي العمليات العشوائية التي يتم إنشاء العديد من قطرات مع شوائب صلبة بشكل مستمر حتى واحد منهم هو المحاصرين بالصدفة بالقرب من تجمع دول الساحل فخثالثا. وبالتالي هذه التقنية التقليدية قد لا يكون مناسبا لمحاصرة العينات مع كمية محدودة أو الحفاظ على العينات موحدة. في البروتوكول، ونحن لشرح عكسها الضوئية فخ تحميل والذي يتضمن دورات متكررة من فخ التحميل والإنزال. وهذا يتيح تجارب فريدة من نوعها، على سبيل المثال دراسة تراكم المسؤول عن الجسيمات. 22 وأكد القائمون على الجسيمات المحاصرين يمكن قياسها عن طريق تركيب الاستجابة العابرة (الشكل 4D) إلى الحل الأمثل للمذبذب التوافقي بطريقة مربع غير الخطية الأقل. النزوح الناجم عن ضرب مصيدة صلابة يعطي القوة الكهروستاتيكية التي تسمح حساب المسؤول من قوة الحقل الكهربائي المعروف (التي قدمها الجهد المطبق مقسوما على المسافة بين اثنين من موازية لوحات ايتو مغلفة). 12 ويمكن تمديد هذا القياس تهمة بسيطة لدراسة تفاعل الجسيمات السطح عندما جنبا إلى جنب مع TECHNI تحميل فخ عكسهاأظهرت كيو هنا. 22

ذكرت Ashkin تسارع ومحاصرة المجهرية الدقيقة التي الضغط الاشعاعي في عام 1970. 1 انجازاته رواية الترويج لتطوير تقنيات محاصرة البصرية كأداة رئيسية للدراسات الأساسية للفيزياء والفيزياء الحيوية. 2، 3، 4، 5 وحتى الآن، ركزت تطبيق محاصرة البصرية بشكل رئيسي على البيئات السائلة، واستخدمت لدراسة مجموعة واسعة جدا من النظم، من سلوك الغرويات إلى الخواص الميكانيكية للجزيئات الحيوية واحدة. 6، 7، 8 تطبيق محاصرة البصرية لوسائل الاعلام غازي، ومع ذلك، يتطلب حل العديد من القضايا الفنية الجديدة. في الآونة الأخيرة، وقد تم تطبيق محاصرة البصرية في الهواء / فراغ متزايد في البحوث الأساسية. منذ ليفي بصريالكساء يحتمل أن يوفر ما يقرب من العزلة الكاملة للنظام من البيئة المحيطة بها، والجسيمات السابحة بصريا يصبح مختبرا مثاليا لدراسة حالة قاعية نوعية في الأشياء الصغيرة، 4 قياس ارتفاع وتيرة موجات الجاذبية، 9 والبحث عن المسؤول الجزئية. 10 وعلاوة على ذلك، اللزوجة المنخفضة من الهواء / فراغ يسمح احد لاستخدام الجمود لقياس السرعة اللحظية لجسيم البراونية 11 وخلق حركة البالستية على نطاق واسع من الحركة وراء النظام الخطي مثل فصل الربيع. 12 لذلك، أصبحت المعلومات والممارسات لالفخاخ البصرية في وسائل الإعلام غازي تقنية مفصلة أكثر قيمة للمجتمع العلمي الأوسع. مطلوبة تقنيات تجريبية جديدة لتحميل نانو / المجهرية الدقيقة في الفخاخ البصرية في وسائل الإعلام الغازي. ومحول كهربائي ضغطي (PZT)، وهو الجهاز الذي يحول إلكترونياتجيم الطاقة إلى طاقة والميكانيكية الصوتية، وقد استخدمت لتقديم جزيئات صغيرة إلى الفخاخ البصرية في الهواء / فراغ 5، 12 منذ أول مظاهرة من الارتفاع البصرية. 1 ومنذ ذلك الحين، تم اقتراح عدة تقنيات التحميل لتحميل جسيمات أصغر باستخدام الهباء المتقلبة التي تم إنشاؤها بواسطة البخاخات التجاري 13 أو مولد موجة الصوتية. 14 هباء العائمة مع شوائب صلبة (جسيمات) تمر بشكل عشوائي بالقرب من التركيز ومحاصرون عن طريق الصدفة. بمجرد المحاصرين الهباء الجوي، المذيب يتبخر بها ويبقى الجسيمات في فخ البصرية. ومع ذلك، لا تناسب هذه الأساليب جيدا لتحديد جزيئات المرجوة من داخل العينة، تحميل الجسيمات المختارة ولتعقب التغييرات في حال صدر من الفخ. ويهدف هذا البروتوكول إلى تقديم تفاصيل للممارسين جديد على انتقائية البصرية تحميل فخ في الهواء، بما في ذلك التجربةالإعداد القاعدة وتلفيق حامل PZT وضميمة عينة، فخ تحميل، والحصول على البيانات المرتبطة تحليل حركة الجسيمات في كل المجالات التردد والوقت. كما تم نشر بروتوكولات لمحاصرة في وسائل الإعلام السائلة. 15، 16 تم تطوير الإعداد العام التجريبية على المجهر الضوئي المقلوب التجاري. ويبين الشكل 1 الرسم التخطيطي للإعداد تستخدم للتدليل خطوات انتقائية فخ البصرية التحميل: تحرير المجهرية الدقيقة يستريح، ورفع الجسيمات المختار مع شعاع مركزة، وقياس حركته، ووضعه على الركيزة مرة أخرى. أولا، يتم استخدام مراحل متعدية (عرضية ورأسية) لجلب microparticle اختيارهم على الركيزة لمحور الليزر محاصرة (الطول الموجي 1064 نانومتر) تركز من قبل العدسة الشيئية (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء تصحيح الهدف والعمل لمسافات طويلة: NA 0.4، التكبير 20X، د العملistance 20 مم) من خلال الركيزة شفافة. ثم، قاذفة كهرضغطية (أ ميكانيكيا قبل تحميلها عصابة من نوع PZT) يولد ذبذبات الموجات فوق الصوتية لكسر التصاق بين المجهرية الدقيقة والركيزة. وهكذا، أي الجسيمات سراح يمكن رفع من قبل شعاع واحد فخ التدرج ليزر تركز على الجسيمات المحدد. بمجرد المحاصرين الجسيمات، وترجمته إلى مركز العلبة عينة تحتوي على اثنين من لوحات إجراء موازية لإثارة كهرباء. وأخيرا، والحصول على البيانات (دق) نظام يسجل في الوقت نفسه حركة الجسيمات، التي استولت عليها في مكشاف ضوئي رباعي الخلية (QPD)، والحقل الكهربائي تطبيقها. بعد الانتهاء من قياس، يتم وضع جسيم controllably على الركيزة بحيث يمكن المحاصرين مرة أخرى بطريقة عكسية. هذه العملية الشاملة يمكن أن تتكرر مئات المرات من دون خسارة الجسيمات لقياس التغيرات مثل كهربة الاتصال التي تحدث على مدى عدة دورات محاصرة. يرجى الرجوع إلى موقعنا الأخيرة من المادة وأو تفاصيل. 12

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1124">
	<tbody>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">ScotchBlue Painter&#39;s Tape Original</td>
			<td style="width:177px;">3M</td>
			<td style="width:216px;">3M2090</td>
			<td style="width:413px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Scotch 810 Magic Tape</td>
			<td style="width:177px;">3M</td>
			<td style="width:216px;">3M810</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Function/Arbitrary Waveform generator</td>
			<td style="width:177px;">Agilent</td>
			<td style="width:216px;">HP33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Power supply/Digital voltage supplier</td>
			<td style="width:177px;">Agilent</td>
			<td style="width:216px;">E3634A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Ring-type piezoelectric transducer</td>
			<td style="width:177px;">American Piezo Company</td>
			<td style="width:216px;">item91</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Electro-optic modulator</td>
			<td style="width:177px;">Con-Optics</td>
			<td style="width:216px;">350&#8722;80-LA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Amplifier for Electro-optic modulator</td>
			<td style="width:177px;">Con-Optics</td>
			<td style="width:216px;">302RM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Mitutoyo NIR infinity Corrected Objective</td>
			<td style="width:177px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:216px;">46-404</td>
			<td>Manufactured by Mitutoyo and Distributed by Edmund optics</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">LOCTITE SUPER GLUE LONGNECK BOTTLE</td>
			<td style="width:177px;">Loctite</td>
			<td style="width:216px;">230992</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;">3D printer</td>
			<td style="width:177px;">MakerBot</td>
			<td style="width:216px;">Replicator 2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polylactic acid (PLA) filament</td>
			<td style="width:177px;">MakerBot</td>
			<td style="width:216px;">True Red PLA Small Spool</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Data Acquisition system</td>
			<td style="width:177px;">National Instruments</td>
			<td style="width:216px;">780114-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Quadrant-cell photodetector</td>
			<td style="width:177px;">Newport</td>
			<td style="width:216px;">2031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Translational stage</td>
			<td style="width:177px;">Newport</td>
			<td style="width:216px;">562-XYZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Inverted optical microscope</td>
			<td style="width:177px;">Nikon Instruments</td>
			<td style="width:216px;">EclipsTE2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fluorescence filter (green)</td>
			<td style="width:177px;">Nikon Instruments</td>
			<td style="width:216px;">G-2B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Flea3/CCD camera</td>
			<td style="width:177px;">Point Grey</td>
			<td style="width:216px;">FL3-U3-13S2M-CS</td>
			<td>Trapping laser</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:319px;">Diode pumped neodymium yttrium vanadate(Nd:YVO4)</td>
			<td style="width:177px;">Spectra Physics</td>
			<td style="width:216px;">J20I-8S-12K/ BL-106C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Indium tin oxide (ITO) Coated coverslips</td>
			<td style="width:177px;">SPI supplies</td>
			<td style="width:216px;">06463B-AB</td>
			<td>Polystyrene microparticles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fast Drying Silver Paint</td>
			<td style="width:177px;">Tedpella</td>
			<td style="width:216px;">16040-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Dri-Cal size standards</td>
			<td style="width:177px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:216px;">DC-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Optical Fiber</td>
			<td style="width:177px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:216px;">P1&#8722;1064PM-FC-5</td>
			<td>bottom plate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Aluminium plate&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:216px;">CP4S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">High voltage power amplifier</td>
			<td style="width:177px;">TREK</td>
			<td style="width:216px;">PZD700A M/S</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optical trap loading of dielectric microparticles in air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

تم تصميم قاذفة PZT باستخدام حزمة برامج CAD. هنا، ونحن نستخدم بنية شطيرة بسيط لتحميلها مسبقا (فرضت على PZT مع اثنين من لوحات)، كما هو مبين في الشكل 2. حامل PZT والعلبة عينة يمكن أن تكون ملفقة من مجموعة متنوعة من المواد والأساليب. للمشاركة في مظاهرة سريعة، نختار الطباعة 3D مع بالحرارة كما هو موضح في الشكل 2D. على أساس المكونات ملفقة، ويظهر البصرية فخ تحميل في الشكل (3). لتحميل انتقائية، يتم حظر الليزر محاصرة ينعكس خلال التجربة من قبل مرشح المثبتة على برج المجهر لحماية الكاميرا CCD في حين أن الضوء المرئي يمر مرشح للتصوير في التفكير كما هو موضح في الشكل 1. يسهل كاميرا CCD معايرة أيضا الكمي قياس من خلال السماح للقياس قطر الجسيم وكشف موقف إضافي. قطر هدفاالجسيمات يمكن أن تستخدم لحساب كتلة والتي ينتج فخ صلابة من التردد الطبيعي، كما هو مبين أدناه. تستخدم مسارات قياسها باستخدام كاميرا CCD أيضا لمعايرة الجهد إشارة QPD لقياس التشرد. 12 بمجرد المحاصرين الجسيمات، وتشتت مشرق من ليزر أحمر يسمح للجسيمات المحاصرين لا بد من الاعتراف بالعين المجردة، كما هو مبين في الشكل رقم 1 (أقحم الصورة). أيضا، يمكن للصور في الوقت الحقيقي من الركيزة تحديد ما إذا كان قد حوصر الجسيم لأنه على ارتفاع مختلفة (التركيز) من المجهرية الدقيقة أخرى انضمت إلى الركيزة (الشكل 3). والمجهرية الدقيقة يمكن محاصرين في موقعين: موقف محاصرة وموقف الارتفاع. في موقف محاصرة قوات البصرية استقرار الجسيمات في كل الاتجاهات. في المقابل، في موقف الارتفاع الجسيم يستقر فقط transversاعل من قبل قوات البصرية. في رأسي ومتوازنة القوة الصاعدة من ضغط الإشعاع عن طريق الجاذبية. مع طريقة تحميل لدينا، يتم تسليم الجسيمات اختيار عموما إلى موقف الارتفاع. في موقف الارتفاع، والموقع الرأسي للالجسيمات المعلقة هو أكثر حساسية للتغيرات في الطاقة الضوئية من في موقف محاصرة بالقرب من التركيز. 18 يمكن للمرء أن يتحرك رأسيا الجسيمات repeatably بين هذه المواقف مستقرة اثنين متفاوتة من الطاقة الضوئية. لديه موقف الارتفاع أيضا أعلى حساسية لقوى خارجية من موقف محاصرة الاسمي بسبب صلابة فخ تصبح أكثر ليونة بمثابة الضوء ينتشر بعيدا عن التركيز. ولذلك، فإن موقف الارتفاع يمكن أن تستخدم أيضا لقياسات أكثر حساسية عندما لا يهيمن الضجيج التشريد من قبل الحركة البراونية. عندما يتم الضوضاء موقف محدودة حراريا كما هو الحال هنا، والحد من زيادة صلابة كل من حساسية والضوضاء حتى لا يكون هناك أي مكسب وأو قياس الدقة. ويتم رصد حركة الجسيمات المحاصرين من قبل QPD وسجلت من قبل مجلس دق. يتم تسجيل إشارة QPD في المجال الزمني (الشكل 4C) وفورييه تحول (الأرقام 4A و 4B). محاذاة الشاملة يمكن التحقق بشكل ملائم من خلال مقارنة الأطياف قوة قناتين شعاعي (X و Y). إذا لم يتم فرضه انهم (الشكل 4A)، محاذاة البصرية لابد من تصحيحها حتى يحدث تراكب (كما هو موضح في الشكل 4B). يظهر مسار الجسيمات على حد سواء البراونية والحركة الباليستية كما هو مبين في الشكل (4). يمكن استخدام الوقت ومجال التردد التحليلات لتفسير هذه القياسات. وأدخلنا نهجين لإجبار قياس والتي تسمح فهم أكثر اكتمالا من فخ البصرية بمقارنة الحركة البراونيةإلى الحركة البالستية الناجم عن قوة كهرباء. يتم تحويل مسار الجسيمات عن الحركة البراونية تحت أي مجال الكهرباء إلى الكثافة الطيفية السلطة ومن ثم يمكن تحليلها بواسطة غير الخطية تناسب الأقل مربع حل المعادلة انجيفين كاملة. 19 هذا التحليل من مديرية الأمن العام غلة تردد الرنين والتخميد بالقرب من مركز الفخ. يتم تحويل تردد الرنين لصلابة فخ باستخدام كتلة معروفة في الصيغة <img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/54862/54862eq1.jpg" /> . تشريد يقاس ثم يعطي القوة البصرية باستخدام صيغة لربيع F = -kx. حركة ذاتية الدفع الناجمة عن تغير خطوة في مجال الكهرباء ويمكن أيضا أن تسفر عن تردد الرنين من فخ والتخميد من المتوسط. 12 ونحن إزالة الحقل الكهربائي من الجسيمات المحاصرين، سيتم الافراج عن الجسيمات إلى return إلى position.as التنصت خالية من الحقل هو مبين في الشكل 4D و4E. تشريد وظيفة من الوقت يمكن أن يكون لائقا للحل العام للمذبذب التوافقي ثبط لإعطاء تردد الرنين، التخميد، وتشريد ثابتة للدولة. كل من هذه الأساليب نفترض أن الجسيمات في فخ بمثابة ربيع الخطي. ويمكن تمديد هذه القياسات إلى (غير الخطية) القوات العامة باستخدام أسلوب القوة حدودي. 12 تفاصيل التحليل مديرية الأمن العام وتحليل القوة حدودي ليست هي التركيز في هذا البروتوكول ولكنها يمكن أن تكون وجدت من الأدب. 12 و 19 <img alt="شكل 1" src="/files/ftp_upload/54862/54862fig1.jpg" /> الشكل 1: الخطط من الإعداد التجريبية المستخدمة في الانتقائي تحميل فخ البصرية في الهواء. واحد العارضة قوة الانحدار ر البصريتم تطوير الراب على المجهر الضوئي المقلوب. وترد المختصرات المستخدمة في التخطيطي أدناه: بعثة مراقبة الانتخابات، الكهربائية الضوئية المغير. HAL، الهالوجين إضاءة. MFS، بمحركات تركز المرحلة؛ الهدف الجرد الوطني LWD، الأشعة تحت الحمراء تصحيح المسافة العمل الطويلة عدسة الهدف. TS، مرحلة الترجمة (س-ص). PZT، محول كهربائي ضغطي. ESM، كهرباء المغير الميدان؛ ND، محايد مرشح كثافة. QPD، رباعي خلايا مكشاف ضوئي. DM، مرآة عازلة. ايتو، الإنديوم coverslips أكسيد القصدير مطلي. CCD، تهمة كاميرا الجهاز بالإضافة. الحنة الهيليوم نيون ليزر (633 نانومتر)؛ ثانيا: YVO 4، 1064 نانومتر ليزر لمحاصرة. 12 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54862/54862fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/54862/54862fig2.jpg" /> الشكل 2: تلفيق من الكهروإجهادية قاذفة عاصمبلاي. (أ) وصور المعادين للحامل PZT باستخدام حزمة برامج CAD في شكل &quot;-.SLDPRT&quot; و (ب) شكل &quot;-.STL&quot; للطباعة 3D. (ج) تقديم الصورة من التجميع النهائي للقاذفة كهرضغطية: الضميمة عينة (مع coverslips ايتو مغلفة)، حامل PZT، خاتم الفاصل، عصابة من نوع PZT، لوحة الألومنيوم، coverslips. (د) صورة من التجميع النهائي. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54862/54862fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/54862/54862fig3.jpg" /> الشكل (3): خطوة مظاهرة الخطوة من الانتقائية فخ البصرية تحميل من 20 ميكرون PS الجسيمات. (أ) تحديد مكان وجود تركيز شعاع محاصرة، (ب) الرفع الجسيمات فوق التركيز (الجزءصورة ICLE هو طمس قاتمة بسبب موقف الارتفاع هو أعلى بكثير من التركيز المجهر الاسمي) و (ج) التحول في موقف محاصرة (اسميا في التركيز)، ثم (د) تحريك الجسيمات المحاصرين في المنطقة الوسطى للحصول على البيانات. والمحاصرين الجسيمات في موقع ثابت للتركيز شعاع في حين انتقل إلى مرحلة العينة كما هو مبين مع السهم الأصفر في الشكل 3D (مقياس بار = 100 ميكرون). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54862/54862fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/54862/54862fig4.jpg" /> الشكل 4: QPD الملتقطة الجسيمات مسارات في كل من التردد والوقت المجال. (أ) ويظهر الإعداد التجريبية الانحياز سيئة تردد انخفاض مستوى الضجيج والضوضاء قمم على ترددات محددة في حين (ب) عناصر أمنية مطابقة تماما للمحور x و Y-تشير محاذاة البصرية الصحيحة. (ج) يسجل QPD الحركة البراونية للجسيمات المحاصرين في المجال الزمني. (ه) تغير خطوة في الحقل الكهربائي التطبيقية عبر الجسيمات المحاصرين يتم تسجيلها بشكل متزامن مع يسببها (د) الحركة البالستية من خلال (دق) نظام الحصول على البيانات. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54862/54862fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air at JoVE.com

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

optical-trap-loading-of-dielectric-microparticles-in-air

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.0K Views.  National Institute of Standards and Technology. A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Video: Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

بناء واختبار خلايا كوين من بطاريات ليثيوم ايون

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

افتعال يتعلق بما وارء باستخدام أسلوب الرسم الألياف

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

البصرية محاصرة من الجسيمات النانوية

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

تلفيق من VB<sub&gt; 2</sub&gt; / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

لإعداد Electrohydrodynamic جسور من السوائل القطبية عازل

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

كتابة براج حواجز شبكية في ألياف متعددة النواة

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

عملية تصنيع عازل المرنة الأجهزة التنفيذية القائمة على السيليكون

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

قياس الكم التدخل في المصدر السيليكون الدائري الرنان فوتون

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

تصنيع المجهرية البوليمر لمرنان البصرية وتطبيقات الليزر

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be cost-prohibitive, often priced in the $100,000 - $200,000 price range. At the other extreme are stand-alone manual devices that often lack repeatability and accuracy (e.g., a manual crank device). However, if a single use is indicated, it is over-engineering to design and machine something overly elaborate. Nonetheless, there are occasions where machines are designed and built in-house to accomplish a motion not attainable with the existing machines in the laboratory. Described in detail here is one such device. It is a loading platform that enables pure uniaxial loading. Standard loading machines typically are biaxial in that linear loading occurs along the axis and rotary loading occurs about the axis. During testing with these machines, a load is applied to one end of the specimen while the other end remains fixed. These systems are not capable of conducting pure axial testing in which tension/compression is applied equally to the specimen ends. The platform developed in this paper enables the equal and opposite loading of specimens. While it can be used for compression, here the focus is on its use in pure tensile loading. The device incorporates commercial load cells and actuators (movers) and, as is the case with machines built in-house, a frame is machined to hold the commercial parts and fixtures for testing.

Here we present a protocol to develop a pure uniaxial loading machine. Critical design aspects are employed to ensure accurate and reproducible testing results.

تطبيق جوانب التصميم في تطوير آلة تحميل أونياكسيال

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...