This work was funded by Startup funding from the University of Illinois at Urbana-Champaign, DARPA ORCHID program through a grant from AFOSR, the National Science Foundation through grant CMMI-1265164, and the National Science Foundation Graduate Research Fellowship program. We acknowledge enlightening discussions with Prof. Jack Harris, Prof. Pierre Meystre, Dr. Matt Eichenfield, Prof. Taher Saif, and Prof. Rashid Bashir.

1. Herstellung von Ultra-high-Q Mikrofluidik-Resonatoren <ol><li> Vorbereitung der Kapillare Fertigungseinstellung <ol><li> Herstellung der mikrofluidischen optomechanischen Resonator in der folgenden Weise -. Erhitzen Sie eine Glaskapillare Vorform mit ca. 10 W von CO 2-Laserstrahlung bei 10,6 Mikrometer Wellenlänge, und ziehen Sie den beheizten Kapillare linear mit motorisierten Positionierer Abbildung 1 zeigt die Anordnung der linearen Übersetzung Stufen, die Laser und die Position der Kapillare Vorform vor dem Ziehvorgang. </li><li> Programm geeignet Automatisierungssoftware, um gleichzeitig die zwei CO 2-Laser (zum Erwärmen) und die beiden linearen Stufen. Die beiden Lineartischen führen die Ziehverfahren für den Laser-Kapillare erhitzt. </li><li> Einer der linearen Stufen müssen für den linearen Ziehvorgang schnell (z. B. 5 mm / s) sein. Einspeisen mehr Material in die Erwärmungszone mit der zweiten, langsameren linearen Stufe(Z. B. 0,5 mm / sec), da die Kapillar-Vorformmaterial wird während des Ziehvorgangs aufgebraucht. </li><li> Richten Sie die Probenhalter auf den linearen Stufen entlang der horizontalen und vertikalen Achsen. </li><li> Richten Sie beide CO 2-Laserstrahlung, so dass sie die gleiche Stelle im Raum (zwischen den Probenhalter) Ziel. Ein Stück Karton Papier oder wärmeempfindliche Papier ist nützlich, für diesen Prozess. Vergessen Sie nicht, eine Schutzbrille für Lasersicherheit zu verwenden. Augen auf Tabellenebene nicht absenken. Verwenden Sie geeignete Strahl Blöcke, Dunstabzugs, und Brandschutz. </li><li> Wählen vernünftigen Parameter für den Ziehprozess. Zum Beispiel sind die folgenden Parameter zuverlässig produzieren eine gute Kapillarwirkung Größe - 10 mm / s Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm / s Vorschubgeschwindigkeit in 3 Sek. Vorheizzeit, 4,5 W Vorwärmen Kräfte für beide Laser und 5 W Heizleistung für beide Laser . </li><li> Modulation der Laserleistung während des Ziehens kann der Kapillarradius während des Zieh pro Längs steuernZugriff auf die &#39;Flasche&#39; Resonatoren bilden. Ein Beispiel ist in Fig. 2d gezeigt. Wählen Sie die richtige Modulationsparameter: 3 Hz, 6 W und 3 W für Laserleistungen und 50% Einschaltdauer. </li></ol></li><li> Herstellung von mikrofluidischen optomechanischen Resonatoren <ol><li> Schneiden einen ausreichend langen Abschnitt (etwa 2-4 cm) aus Quarzglas-Kapillarsäule, so dass sie die beiden Halter an die Lineartranslationsstufen angebracht erreichen. </li><li> Montieren der Kapillare Probe auf dem Probenhalter, so daß die Laserzielzone ist etwa in der Mitte der Kapillare. Nachstellen CO 2-Laser-Ausrichtung, wenn nötig. </li><li> Ziehen Sie die Kapillare mit den Parametern wie in 1.1.6 angegeben. Zunächst heizen Sie den Kapillare für ein paar Sekunden (Abbildung 2a), und ziehen Sie sie dann mit oder ohne Lasermodulation (Parameter 1.1.7) nach Bedarf. </li><li> Entfernen Sie die Kapillare gezogen (Fig. 2b) von dem Probenhalter. Behandeln Sie die Probe mit Handschuhen an den beidendick endet erst, um nicht die saubere Oberfläche Resonator verunreinigen. </li><li> Variieren Sie die Parameter ziehen Kapillaren mit unterschiedlichen Durchmessern herzustellen. Typischerweise Außendurchmesser variiert von 30 um bis 200 um in Abhängigkeit von Ziehbedingungen. </li></ol></li><li> Montage des Geräts für die Tests hergestellt <ol><li> Bereiten Sie eine E-Form Glashalter (Abbildung 2c). Cut drei 1 cm x 0,5 cm und einem 3 cm x 0,5 cm Glasstücke von Glasobjektträger. Montieren Sie sie in eine E-Form mit Glaskleber oder Sekundenkleber. </li><li> Schneiden Sie eine Länge von mikrofluidischen Kapillare aus der gezogenen Probe. Diese Länge sollte länger als der Abstand zwischen zwei benachbarten Glas Niederlassungen auf der E-Form Inhaber. </li><li> Kleben Sie die Mikrokapillar Gerät auf den Halter mit optischen Kleber gleichzeitig dafür, einen Teil unberührten Hängen zwischen beiden Zweigen der E-Form Halter zu halten. Cure die optische Klebstoff mit einer LED-UV-härtenden Lichtquelle für 10 Sekunden. Figuren 2cund 2d zeigen das fertige Produkt. </li><li> Beide Enden des Resonators montiert vorsichtig in zwei etwas größeren Kunststoffrohre (zB 200 um Innendurchmesser). Klebstoff und UV-Härtung beiden Enden der Kunststoffrohre mit optischen Klebstoff. </li><li> Klemmen Sie die E-Form-Struktur aus der dritten (kostenlos) Glas-Zweig zu einem Montagevorrichtung eingespannt zum Testen. Die optische Güte des endgültigen mikrofluidischen Resonator hängt davon ab, wie gut die Herstellung Laser wurden ausgerichtet und wie stabil ihre Leistungsstufen waren. </li></ol></li></ol> 2. Versuchsaufbau für Optomechanische Prüfung <ol><li> Herstellung der verjüngten optischen Faser <ol><li> Bereiten Sie eine Single-Mode-Telekom-Band-optische Faser gewünschte Länge (zB ein paar Meter). Fasersegment sollte lang genug sein, um sowohl in dem sich verjüngenden Bereich angebracht und mit dem Aufbau (4) verbunden ist. Der sich verjüngende hier erläuterten Verfahren ist ähnlich zu dem, was suggested und in 22 demonstriert. </li><li> Verbinden der hergestellten Fasersegment, um den Rest der Versuchsanordnung unter Verwendung eines beliebigen zweckmäßigen Faserverbindungsverfahren. </li><li> Montieren Sie die gespleißte Faser-Segment auf zwei Linearmagneten, die einander zugewandt. </li><li> Isolieren Sie die Faser Jacke in der Mitte der Faser montiert Fragment Mantelbereich aus. Hier Verjüngung wird, hergestellt werden. Reinigen Sie den Bereich mit Methanol ausgezogen. </li><li> Schalten Sie den abstimmbaren Laser, um Echtzeit-Übertragung auf einem Oszilloskop angezeigt. Achten Sie darauf, Dämpfungsglieder so eingestellt, dass Photodetektoren nicht beschädigt werden. </li><li> Legen eine enge Düse Wasserstoffgasbrenner unmittelbar unterhalb der nicht ummantelte Teil der Faser. Befolgen Sie alle empfohlenen Sicherheitsvorkehrungen bei Arbeiten mit Druck brennbare Gase wie Wasserstoff. Andere &quot;saubere Verbrennung&quot; Quellen der Flamme oder Keramik-Heizelemente können ebenfalls verwendet werden. </li><li> Bevor die Beleuchtung des Gas, überprüfen Sie die Fließgeschwindigkeit, so dass Flamme nicht zu seingroß (ein 1-2 cm hoher Flamme ausreichend ist). Beachten Sie, dass die Flamme ist meist unsichtbar, aber als eine schwache orange leuchten in einem dunklen Raum zu sehen. Die Wasserstoffdurchsatz sollte auf einen Punkt, an dem beleuchteten Flamme ausreichend erweichen die Glasfaser gesetzt werden. </li><li> Beleuchten Sie die Flamme. Sobald Flamme eingeschaltet ist, starten Ziehen der Faser mit Motortische. Entsprechende Ziehgeschwindigkeit hängt von der Durchflußrate von Wasserstoffgas und Umgebung der Flamme. HINWEIS: Übertragung durch die Faser beginnt zu zeitlichen Schwingungsverhalten ziehen weiter zu zeigen. Dies zeigt, Multimode-Betrieb. </li><li> Wenn Schwingungsverhalten stoppt und zeigt eine unveränderliche Signals über die Zeit läßt, ziehen und Ausschalten der Flamme sofort. Dies ist bei Single-Mode-Konus erhalten wird. Überprüfen Sie die Übertragung. Wenn die Übertragung zu niedrig ist, wiederholen Sie den Vorgang ab 2.1.1. mit geänderten Gasdurchsatz, Flammengröße und Flammen Lage. Gelegentlich könnte niedriger Übertragungs wegen schlechten Ausrichtung in Schritt 2.1.3 sein. oder durch kontamiIonen von dem freiliegenden Mantel. </li><li> Wenn resultierenden Übertragung durch die Verjüngung zufriedenstellend ist, warten Sie einige Minuten, um die Kegel abkühlen. </li><li> Überprüfen Sie die Verjüngung unter dem Mikroskop. Für 1550 nm Betriebswellenlänge ist typisch Durchmesser der Einmoden-Konus in der Größenordnung von 1-2 &amp;mgr; m. </li></ol></li><li> Taper-Kopplung an WGR und die Suche nach elektronischen Signale, die Vibrationen <ol><li> Das Experiment in der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration. Mechanische Schwingungen sowohl durch SBS und RP von der gleichen Versuchskonfiguration erzeugt werden. Um rückgestreuten Signale, wie im Fall von rückwärts SBS 4,21 deutlich erkennt, verwenden Sie einen Zirkulator zwischen Konus und abstimmbare Laser. </li><li> Vor dem Einschalten des abstimmbaren IR-Laser, stellen Sie sicher, Dämpfungsglieder in Kraft gesetzt, so dass Photodetektoren nicht beschädigt werden. </li><li> Einzuschalten und Stabilisierung des abstimmbaren IR-Laser. Ein Funktionsgenerator verwendet wird, um die Frequenz des Eingangs IR fegenLaser. </li><li> Montieren Sie den Halter auf einem Resonator Nanopositioniertisch. Den Resonator in der Nähe des verjüngten Faser vorsichtig zu bringen, um abklingende Kopplung zu erhalten. Da die Laserfrequenz gewobbelt wird optischen Resonanzen taucht in der Übertragung des Oszilloskops angezeigt wird, wie in 2b von 22. </li><li> Verbinden der Photodetektorausgangssignal an einen elektrischen Spektrumanalysator (ESA), wobei die zeitliche Interferenz (dh Schwebung) zwischen der Eingangslaserlicht und das gestreute Licht beobachtet werden kann. Diese zeitliche Interferenz tritt bei der mechanischen Schwingungsfrequenz. Die Funktion &quot;Peak-Hold&quot; auf der Spektrum-Analysator ist oft in der ersten Suche für mechanische Schwingungen nützlich. </li><li> Verwenden Sie höhere Eingangsleistung während der Durchführung der ersten Suche für mechanische Vibrationen, vor allem, wenn Flüssigkeiten im Gerät vorhanden sind. HINWEIS: In der Regel ist Eingangsleistung in der Größenordnung von 100 uW auf das Gerät ausreichend mechanisch erregtschen Schwingung. </li><li> Wenn mechanische Schwingung beobachtet wird, versuchen, auf die relevanten optischen Modus durch Ausschalten der Laserfrequenz-Scan und Steuerung der Laserwellenlänge im CW-Modus zu sperren. Hierbei ist sowohl Oszilloskop und Spektrumanalysator sind in Tandem. Periodische Signale werden auf dem Oszilloskop, wenn ein mechanischer Modus vorhanden ist, wie in Fig. 5 und 1,6 angesehen. </li></ol></li></ol> 3. Messoptomechanische Schwingungen <ol><li> Optische und elektronische Signatur der Strahlungsdruck (RP)-Modi <ol><li> Wie in 2.2 beschrieben, werden mechanische Schwingungen beobachtet, wenn die Verjüngung und Gerät korrekt verbunden zu werden, haben das Gerät optische und mechanische Modi ausreichend Q-Faktoren und optische ausreichende Eingangsleistung vorgesehen ist. Wenn Schwingungen im Bereich von 10 MHz - 1 GHz nicht eingehalten, Versuch, Polarisation ändern, um unterschiedliche Resonanzen zu untersuchen, oder erhöhen Sie die Eingangsleistung von abstimmbaren Laser, umüberwinden die Mindestschwelle für Schwingung. Bei Erhöhung der Spannungsversorgung stets darauf achten, nicht die Photodetektoren zu sättigen. Auch, wie in 8 beschrieben, ist Kopplungsstrecke ein Schlüsselfaktor für die Anregung verschiedener RP-Modi. </li><li> Wenn mechanische Modi werden noch nicht beobachtet, versuchen Messung der optischen Qualitätsfaktor. Für optomechanische Resonatoren mikrofluidischen zeigen die Ergebnisse, dass die optische Qualitätsfaktor von 10 6 ist ausreichend, um parametrische Schwingungen 13 begeistern. HINWEIS: In der Regel wird RP Modi elektronischen Schwingungen am Spektrumanalysator Begleitung ihrer Harmonischen manifestieren, wie in Fig. 5 gesehen Repräsentative Ergebnisse werden in Abschnitt 4 besprochen.. </li><li> Verwenden eines Scan Fabry-Perot-Interferometer oder hochauflösenden optischen Spektrumanalysators, um die optischen Seitenbänder, die durch Amplituden-und Phasenmodulation, die wiederum durch die periodische Hohlraum Verformung induzierte erzeugt werden zu erfassen. Ein Beispiel Messung kann s seineen in Abbildung 3h ein. </li></ol></li><li> Optische und elektronische Signatur der Whispering-Gallery-akustischen Moden <ol><li> Die akustische Frequenz von rückwärts SBS für Quarzglas ca. 11 GHz, wenn ein 1,5 Mikron-Pumplaser verwendet 4,23. Verwenden Sie einen Thermostat, der die zurückgestreute Licht überwacht und einige kleine Menge von Rayleigh-Streupumpe, elektronische Signale für diese Schwingungsmoden zu beobachten. Verwenden Sie einen hochauflösenden optischen Spektrum-Analysator, um das Streulicht zu lösen. Ein Beispiel Messung ist in Fig. 2 der 4 gezeigt. </li><li> Verwenden Sie die Schwebung zwischen Vorwärts-Streulicht und dem Pumplaser niedriger Frequenz (Sub-1 GHz) Whispering-Gallery-akustischen Moden zu beobachten. </li><li> Aufgrund der geringeren mechanischen Festigkeit im Atem Richtung, wird das Signal von SBS manchmal schwächer als das Signal von den RP-Modus. Auch hier führt die Laser bei langsamer Geschwindigkeit und mit &quot;Peak-Hold&quot; auf der spectRum-Analysator bei der Suche nach der SBS-Signal zu helfen. </li><li> Beachten Sie, dass im Gegensatz zu RP-Modi aufgeregt Atmung, SBS-aufgeregt Whispering-Gallery-akustischen Moden nicht Harmonischen zeigen in der optischen und elektronischen Spektren (es sei denn, kaskadiert Anregung erfolgt 4,24). Anstatt nur ein Seitenband-Stokes erscheint für SBS-Modi. </li></ol></li></ol>

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We have nothing to disclose.

Wir haben hergestellt und getestet ein neues Gerät, das zwischen Resonator-Optomechanik und Mikrofluidik überbrückt durch den Einsatz von High-Q optischen Resonanzen zu begeistern (und verhören) mechanische Schwingung. Es ist überraschend, dass mehrere Anregungsmechanismen sind in der gleichen Gerät zur Verfügung, die eine Vielzahl von mechanischen Schwingungsmoden bei Raten überspannt 2 MHz bis 11.300 MHz generieren. Kreiselstrahlungsdruck unterstützt beide Modi Weinglas und Atem Modi in der Spanne 2-200 MHz, Vorwärts stimulierte Brillouin-Streuung ermöglicht mechanische Whispering-Gallery-Moden in der 50-1,500 MHz-Bereich und schließlich regt rückwärts stimulierte Brillouin-Streuung mechanische Whispering-Gallery-Moden in der Nähe von 11.000 MHz . Die, die in der aktuellen Arbeit beschriebenen Verfahren ermöglichen die Herstellung von Mikrofluidik-Resonatoren mit dieser ultra-hohen optischen Qualitätsfaktoren von etwa 10 8. Gleichzeitig, da Flüssigkeiten sind nun im Gerät beschränkt, acoustic Verluste werden unter Kontrolle gebracht und das Gerät ist in der Lage, eine hohe mechanische Gütefaktor als auch aufrecht zu erhalten. Mit dieser Plattform haben wir gezeigt, dass die Dichteänderung eines in der Vorrichtung enthaltenen Flüssigkeit gemessen werden (Abbildung 6). Um die opto-mechanisch-fluidische Kopplung, die dies ermöglicht zu verstehen, wird die zukünftige Arbeit einbeziehen multiphysikalische Modellierung des Gerätes. Es gibt einige praktische Probleme mit diesem Herstellungsverfahren verbunden. Zum Beispiel muss die Kapillare Material ein guter Absorber für die 10,6 Mikrometer CO 2-Laserstrahlung sein, so dass es ausreichend für den Ziehvorgang stattfinden erwärmen. In dieser Hinsicht sind die Materialien, die für die Kapillar-Herstellung getestet wurden, sind Siliciumdioxid und Quarz. Ferner ist die Kreissymmetrie der Kapillare von der relativen Leistungsverhältnis zwischen den beiden Lasern, die während des Ziehschritt verwendet werden diktiert und von der Lage des capillary in der Laserzielzone. Da die Kreissymmetrie des Gerätes ist ein Schlüsselparameter für die Aufrechterhaltung hoher optischer und mechanischer Qualitätsfaktor, Fehlstellungen der Kapillare Vorform in der CO 2-Laser-Zielzone vor dem Ziehen oder beim Ziehen kann ein Anliegen und darauf zu achten, diese im Rahmen zu halten sein Kontrolle. Andererseits bietet dieses Herstellungsverfahren eine große Flexibilität bei der Herstellung von auf Siliciumdioxid basierenden optomechanische Resona Kapillare. Durch Modulation der CO 2-Laserleistung kann die Kapillardurchmesser ganz leicht verändert werden, um der Anwendung zu entsprechen. Auf Nachfrage Abstand zwischen benachbarten Flaschenresonatoren ist möglich dank der hohen Computersteuerung. Schließlich Steuerung der Ziehgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit von &quot;Futtermittel&quot; der Kapillare Vorform bietet eine einfache Drehknopf zur Steuerung der Kapillardurchmesser. Abschließend wird die Kieselsäure-Basis Mikrokapillare Plattform beschrieben isteine kostengünstige, hochleistungsfähige optische und optomechanische System, das für eine Vielzahl von Studien mit nicht-Festphasenmaterialien, einschließlich Supraflüssigkeiten, und Bio-Analyten, wie lebende Zellen angewendet werden können. Diese Geräte können zusätzlich nutzen die sehr umfangreiche Literatur auf akustischen Oberflächenwellen-Erfassung von Gasen und Flüssigkeiten. Als Ergebnis ist diese eine Technologie zum optischen Sensoranwendungen.

Cavity Optomechanik studiert die parametrische Kopplung zwischen Phononenmoden und Photonenmoden in Mikroresonatoren mittels Strahlungsdruck (RP) 1-3 und stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) 6.4. SBS-und RP-Mechanismen in verschiedenen optischen Systemen, wie beispielsweise Fasern 7, 4,6,8-Mikrokugeln, 1,9 Toroide und kristalline Resona 5,10 nachgewiesen. Durch dieses Photon-Phonon-Kopplung, sowohl Kühl 11 und 6,10 Anregung von mechanischen Arten nachgewiesen worden. Doch fast alle gemeldeten Optomechanik Experimente sind mit festen Phasen der Materie. Dies liegt daran, direkten Flüssigkeitseintauchen der optomechanischen Vorrichtungen ergibt stark erhöhte Strahlungs akustischen Verlust aufgrund der höheren Impedanz der Flüssigkeiten verglichen Luft. Darüber hinaus in einigen Situationen dissipative Verlustmechanismen in Flüssigkeiten können die Strahlungs akustische Verluste übersteigen. Ror kurzem, eine neue Art von Hohloptomechanischen Oszillator mit einer Mikrokapillar Geometrie wurde eingeführt, 12-15, und die durch Design ist für mikrofluidische Experimente ausgestattet. Der Durchmesser dieser Kapillare entlang seiner Länge moduliert, um mehrere &quot;Flaschenresonatoren&quot;, die gleichzeitig beschränken optischen Whispering-Gallery-Resonanzen 16 sowie mechanische Resonanzmoden 17 zu bilden. Mehrere Familien der mechanischen Resonanz Modi teilnehmen, einschließlich Atemarten, Wein-Glas-Modi und Whispering-Gallery-akustischen Moden. Das Weinglas (Stehwelle) und Whispering-Gallery-akustisch (Wanderwellen) Resonanzen entstehen, wenn eine Schwingung mit ganzzahligen Vielfachen der Schallwellenlängen um das Gerät Umfang auftritt. Licht evaneszent in die optische Whispering-Gallery-Moden dieser &quot;Flaschen&quot; mittels einer verjüngten optischen Faser 18 gekoppelt. Confinement der Flüssigkeit im Inneren der Kapillare 19,20 Resonator, wiesie außerhalb gegenüberliegen, ermöglicht eine hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig, was die optische Anregung von mechanischen Moden mittels sowohl RP und SBS ermöglicht. Wie sich gezeigt hat, sind diese mechanischen Erregungen können innerhalb der Vorrichtung 12,13 in das Fluid zu durchdringen, bilden ein gemeinsames Fest-Flüssig-Resonanzmodus, wodurch eine optomechanische Schnittstelle zur Fluidumgebung innerhalb. In diesem Beitrag beschreiben wir die Herstellung, RP und SBS Betätigung und repräsentative Messergebnisse für diese neuartige optomechanischen Systems. Spezifische Material-und Werkzeuglisten sind ebenfalls vorhanden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:647px;" width="647">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Tunable IR laser</td>
			<td>Newfocus</td>
			<td>TLB-6328</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodetectors</td>
			<td>Newfocus</td>
			<td>1811-FC (Low speed 125MHz) / 1611-FC-AC (High speed 1GHz)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fiber</td>
			<td>Corning</td>
			<td>SMF28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica capillary</td>
			<td>PolyMicro</td>
			<td>TSP700850</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10.6 um wavelength CO2 laser</td>
			<td>Synrad</td>
			<td>48-1KWM and 48-2KWM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-curing optical adhesive</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>NOA81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Tygon</td>
			<td>EW-06418-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes</td>
			<td>B-D</td>
			<td>YO-07940-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needles</td>
			<td>Weller</td>
			<td>KDS201P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical spectrum analyzer</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>N9010A (EXA Signal Analyzer)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tektronix</td>
			<td>6114A (RSA, Real-time spectrum analyzer)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical spectrum analyzer</td>
			<td>Advantest</td>
			<td>Q8384</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>DPO 4104B-L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold mirrors</td>
			<td>II-VI Infrared</td>
			<td>836627</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear stage (slow)</td>
			<td>DryLin</td>
			<td>H1W1150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear stage (fast)</td>
			<td>PBC Linear</td>
			<td>MTB055D-0902-14F12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fabry Perot optical spectrum analyser</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SA 200-14A (FSR: 1.5 GHz)</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and testing of microfluidic optomechanical oscillators

Cavity Optomechanik Experimente, die parametrisch koppeln die Phononenmoden und Photonenarten wurden in verschiedenen optischen Systemen einschließlich Mikroresonatoren untersucht. Da jedoch der erhöhte Schallstrahlungsverluste beim direkten Eintauchen in Flüssigkeit von optomechanische Geräte, die fast alle veröffentlicht optomechanischen Experimente haben in der festen Phase durchgeführt. Dieses Papier beschreibt eine kürzlich eingeführte Hohl mikrofluidischen optomechanischen Resonator. Detaillierte Methodik ist vorgesehen, um diese Ultra-High-Q-Resonatoren herzustellen Mikrofluidik, führen optomechanische Tests, und messen Strahlungsdruck-Atemmodus gefahren und SBS-driven Whispering-Gallery-Modus para Vibrationen. Durch die Beschränkung von Flüssigkeiten in der Kapillare Resonator, werden hohe mechanische und optische Qualitätsfaktoren gleichzeitig gepflegt.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Kapillaren sind dünn (zwischen 30 um und 200 um), klar und sehr flexibel, aber solide genug sind für die direkte Handling. Es ist wichtig, die äußere Oberfläche der Kapillare Vorrichtung gegen Staub und Wasser (Feuchtigkeit), um eine hohe optische Güte (Q) zu erhalten schützen. Durch Eintauchen eines Endes der Kapillare in Wasser und durch die Kapillare mittels einer Spritze Blasluft kann überprüft werden, ob die Kapillare durch oder ob wurde während der Herstellung durch Überhitzung abgedichtet. Ein abstimmbarer Laser verwendet werden kann, um die optischen Moden der hergestellte Vorrichtung durch verjüngte Faserwellenleiter Koppelsonde werden. Bei diesem Test werden scharfe optischen Resonanzen erwartet was eine hohe optische Güte. Eine weitere Indikation für hohe Q-Faktor ist die thermische Verbreiterung der optischen Moden 25. Bei RP-betätigt parametrische Oszillation stattfindet, Harmonisierung<html> cs der mechanischen Modus wird im optischen Spektrum am Ausgangsanschluss des sich verjüngenden Wellenleiters erhalten sehen. Dies tritt aufgrund der großen Modulationstiefe des Amplituden-und Phasenmodulation des Lichts, die durch die mechanischen Vibrationen. Beispiele für die in der Regel beobachtet elektrische Spektrum sind in Fig. 5a und auch in 1 zu sehen. Ein Oszilloskop Spur des Signals zeigt periodische Verhalten (Abbildung 5b). Finite-Elemente-Analyse kann aufgerufen werden, um die mechanischen Moden des Systems zu modellieren, um zu bestätigen, dass die beobachtete optische Modulation entspricht einer eigenmechanical Frequenz. SBS angetriebenen mechanischen Moden leicht durch die Abwesenheit von Oberwellen der Grund mechanisches Signal identifiziert wird, da nur eine einzelne Stokes-Seitenband 6 erzeugt. Diese Moden treten typischerweise bei höheren Frequenzen als den RP-Modus, wenn auch niedrigen Frequenzen sind möglich. &quot;&gt; <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1. Schematische Darstellung der Kapillare ziehen Setup. Mikrofluidischen Die optomechanische Resonatoren aus einer größeren Kapillare Vorform zu zwei Lineartischen befestigt wird, während das Glas wird durch die CO 2-Laser erhitzt. Beide Laserstrahlen werden sorgfältig auf die gleiche Stelle der Kapillare ausgerichtet ist. Bewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeiten der Lineartische werden durch die Pfeile angedeutet. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51497/51497fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig2highres.jpg" width="500" /> Abbildung 2. Optomechanische Flasche Resonator Fertigung. (A) Die Kapillare Vorform pul<html> führte bei einer konstanten Geschwindigkeit, während es mittels der CO 2-Laserstrahlung erwärmt. Beachten Sie die glühende Region ist die Laser-Zielpunkt (wo die Strahlen erwärmen die Silica). Wenn die gewünschte Länge und Durchmesser erreicht werden, (b) stoppen die lineare Bewegung die Bühne und lassen die Laser aus. Die Kapillare gezogen ist dünn, klar, und sehr flexibel. (C) Beschäftigen eine E-Form Glasstruktur, die Mikrokapillar Resonator-Vorrichtung zu montieren, wie in Abschnitt 1.3 beschrieben. Die optomechanischen Resonator Flasche ist jetzt bereit, an den Versuchsaufbau entnommen und Schläuche, die Analyten bieten wird angeschlossen werden. (D) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der hergestellten optomechanischen Resonator Flasche. Resonator Radius und Wanddicke kann je nach Bedarf variiert werden. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51497/51497fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> s &quot;&gt; <img alt="Fig. 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig3highres.jpg" width="500" /> Abbildung 3. Schematische Darstellung des Test-Setup. Evaneszent Licht wird in den Resonator durch eine verjüngte Faser gekoppelt. Ein abstimmbarer Laser IR (1,520-1,570 nm) als Lichtquelle verwendet und ist fein abgestimmt, um einen ausgewählten optischen Mode des Resonators übereinstimmen. Mechanische Schwingungen, die durch Licht in dem Resonator Ursache Modulation des Eingangslichts an der mechanischen Schwingungsfrequenz angesteuert. Die elektrischen Felder der optischen Pumpe und vibrationsStreuLicht in Vorwärtsrichtung interferieren zeitlich auf dem Photodetektor (PD) am Ende des verjüngten Faser. Eine Schwebung zwischen den beiden optischen Signale wird somit durch die optische Leistung-Strom-Übertragung findet in der Photodetektor erzeugt. Diese schlagen sich auf einem elektrischen Spektrum-Analysator (ESA) beobachtet werden. Ein Raster Fabry-Perot-Kavität (FPC) und optischen Spektrumanalysator (OSA) können ebenfalls verwendet werden to direkt beobachten die optischen Seitenbänder, die durch die Modulation erzeugt werden. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51497/51497fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Fig. 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig4highres.jpg" width="500" /> Abbildung 4. Kopplung von Licht von einer Faser zur Mikro-Resonator. Die E-Form-Struktur befindet sich direkt über dem verjüngten Faser montiert, so dass Licht evaneszent in den Resonatoren gekoppelt werden. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51497/51497fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig5highres.jpg" width="500" /> 5. </stron<html> g&gt; Repräsentative Ergebnisse. (a) eine mechanische Atemmodus bei 24,94 MHz in der Mikrokapillare wird durch Zentrifugalkraft Strahlungsdruck durch Licht zirkuliert in einem optischen Modus angeregt wird. Modulation des Eingangslicht durch diese mechanische Schwingungen zu beobachten ist auf einem elektrischen Spektrumanalysator durch Beat-Note-Generation auf einem Photodetektor in der Vorwärtsstreuung Richtung angeordnet (siehe Abbildung 3). (B) Ein Oszilloskop Spur des Photodetektor-Ausgangssignal (dh übertragene Leistung) zeigt die zeitliche periodische Störungen des Eingangslicht und Streulicht. (C) Finite-Elemente-Simulation des entsprechenden Atemmodus bestätigt, dass die beobachtete optische Modulation entspricht einer eigenmechanical Frequenz. Farben darstellen Verformung und die Simulation an der Kapillare Mittelpunkt für die Präsentation in Scheiben geschnitten.s.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Fig. 6" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51497/51497fig6highres.jpg" width="400" /> Abbildung 6. Die mechanische Frequenz wird in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsdichte vorgestellt. Die gleichen mechanischen Modus wird auf dem gleichen Gerät mit verschiedenen Konzentrationen von innen vorhanden Saccharoselösungen gemessen. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51497/51497fig6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

fabrication-and-testing-of-microfluidic-optomechanical-oscillators

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12.1K Aufrufe.  University of Illinois at Urbana-Champaign. Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations. 

Serie: Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Forschung

Ingenieurwesen

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.

Herstellung von VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cells für Elektrochemische Testing

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

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomar Traceable Nanostrukturen

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

Fokussierte Ion Beam Herstellung von LiPON-basierten Solid-State-Lithium-Ionen-Nanobatteries zu Testzwecken In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

Skalierbare Stempeldruck und Fertigung von Hemiwicking Oberflächen

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...