Диссертация (1137137), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Атомносиловая микроскопия в сочетании с травлением обеспечивает топографическуюдетализацию, но требует калибровки, а также разрушает исследуемый образец[51, 52, 53]. Исследование волокна в ближнепольном микроскопе также требуетразрушения образца [54]. Выходом из сложившейся ситуации являетсяприменение оптической дифракционной томографии.
Метод дифракционнойтомографииобъединяетвозможностиизмеренияинтерференционнымиметодами без дополнительных условий, с возможностью последующейобработки полученных данных для построения 3D-реконструкции показателяпреломлениятомографииисследуемогомогутбытьобъекта.найденыПрииспользованиифизическиеисточникиоптическойдеградациидобротности.1.3 Методы обеспечения связи с ОДМРДля работы с ОДМР нужно обеспечить с ним связь: возбудить внутри егообъема моды типа "шепчущей галереи". Неоднородности на поверхностиОДМР приводят к рассеиванию излучения в окружающую среду; используяэтот эффект возможно осуществить связь с ОДМР через неоднородности на егоповерхности, как показано в статьях [55 - 59].
Помимо поверхностныхнеоднородностей возможно использовать внутренние неоднородности [60],однако они значительно снижают добротность ОДМР, такой способ связиневозможно использовать для высокодобротных микрорезонаторов.Еще одним способом связи является наведение показателя преломленияОДМР [61]. Способ заключается в создании на поверхности резонаторапериодической структуры с использованием маски. К сожалению, данный20способ связи пригоден только для резонаторов, изготовленных из германиевогостекла, способного изменятьпоказатель преломления под воздействиемультрафиолетового излучения.Схожим способом является способ нанесения дифракционной решётки наповерхность ОДМР при помощи травления ионами галлия [62, 63]фокусированного ионного пучка (далее — ФИП). Предварительно наповерхностьрезонаторанеобходимонапылитьнесколькомонослоевпроводящих материалов.
Это необходимо сделать для того, чтобы ионы ФИПне отражались наведенным зарядом от поверхности диэлектрическогоматериала резонатора. После того, как дифракционная решетка нанесена наповерхность ОДМР, необходимо стравить нанесенный слой металла с егоповерхности, например, с использованием азотной кислоты. Данный способреализации связи является очень дорогим и занимает много времени.Наибольшее развитие в настоящий момент имеют элементы связи,основанные на нарушении эффекта полного внутреннего отражения, в нихиспользуется явление выпадающего поля (в англоязычной литературеevanescent field) [55].
Для того, чтобы таким образом связаться с резонатором,необходимо уменьшить потенциальный барьер между системой связи ирезонатором. Это может произойти в случае постепенного приближения кповерхности ОДМР материала со схожим показателем преломления np. В такомслучае потенциальный барьер снизится, и фотоны будут туннелировать вдиэлектрик через тонкий барьер. Это явление получило название эффектанарушения полного внутреннего отражения.Самым распространённым элементом связи с ОДМР является призма [64,65].
Лазерное излучение фокусируется на грань призмы под углом, которыйбольше угла полного внутреннего отражения. В результате на одной из гранейпризмы образуется «зайчик», к которому необходимо подвести ОДМР нарасстояние, сравнимое с длиной волны возбуждающего изучения. Грубаяподводка осуществляется при помощи микрометрической подачи, точнаяподводка осуществляется при помощи пьезопривода. При поднесении к призме21резонатора возможно возбуждение мод, если выполняется приблизительноеусловие фазового синхронизма. Из этого условия следует, что для обеспеченияфазового синхронизма необходимо, чтобы выполнялось строгое условие: nr > np, где nr – показатель преломления резонатора, а np - показатель преломленияпризмы. Это условие легко обеспечить для резонаторов из кварца, флюорита ифторида магния.Основной недостаток данного типа связи — возможность случайно«ударить» резонатором по призме, в результате чего на поверхностиобразуются неоднородности и сколы, и как следствие снижается добротность.Способ связи с ОДМР при помощи сошлифованного под определеннымуглом волокна [59, 66] не получил широкого распространения в силусложности изготовления как самого волокна, так и настройки системы связи.Принцип действия системы связи аналогичен системе связи на основе призмы.Градиентная линза для свободных пучков представляет собой стержень сградиентным по сечению показателем преломления, фокусное расстояниекоторого зависит от длины стержня.
Элемент связи с ее основой представляетсобой комбинацию призменного и срезанного под углом волокна [67]. В статье[68] описывается 30 % связь с резонатором из LiNbO3 толщиной 1 мм.Одним из наиболее перспективных элементов связи является растянутоеоптическое волокно, где взаимодействие с микрорезонатором происходит черезсердцевину одномодового волокна. Подобный механизм ввода излученияможет иметь небольшие потери [69, 70] и позволяет создать высокодобротнуюсистему волокно-резонатор. Преимуществом подобной схемы ввода/выводаизлучения, помимо малых потерь, является её компактность и простотакоммутации при помощи стандартных оптических разъемов.
Юстировка такойсистемы проста по сравнению с системой связи с использованием призмы. Поэтой причине системы с продольно растянутым оптоволокном позволяютсоздавать современные фотонные устройства с высокими характеристиками сминимальным форм-фактором.22Существующиеволокнапозволяютустановкидобитьсяизготовлениярастянутогооптическогокоэффициентапропусканияоптическогоизлучения 98,9 %, они компактны и просты в юстировке, по сравнению сдругими системами связи.
[71]. Однако они очень дороги. Предполагается, чтопри использовании датчиков натяжения, температуры и скорости потокапламенивозможноувеличениепроцентавыходагодныхволоконспропусканием, не уступающим зарубежным аналогам [72].Характеристикивыпадающегополяпозволяютопределитьфункциональное назначение растянутого оптического волокна. Например, дляцелей детектирования наночастиц особо важно добиться максимальнойчувствительности ОДМР к загрязнениям на его поверхности, а как известно,максимальная чувствительность к загрязнениям достигается при оптимальной,критической связи [8]. Методика, позволяющая добиться максимальнойчувствительности для детекторов на основе ОДМР, в литературе не описана.Длядостижениянадежнойсвязисрезонаторомнеобходимоподдерживать зазор порядка длины волны между растянутым оптическимволокном (РОВ) и ОДМР, а также обеспечить защиту от воздействияакустических шумов.
Зазор серьезно влияет на обмен энергией из-за ее потерьна излучение в элементе связи. По этой причине важно изготавливать РОВ свысокой механической прочностью.В случае успешного решения задачи растяжения оптоволокна на маломрасстоянии с необходимой жесткостью, связь с ОДМР на основе растянутогооптического волокна будет предпочтительна в применении.Таким образом, все вышеперечисленные методы связи обладаютнедостатками: сложностью точной юстировки, трудоемкостью изготовления,необходимостью очистки поверхностей, трудностью в поддержании расстояниярезонатор – система связи.Существует системная задача обеспечения взаимодействия между ОДМРи системой связи, для ее решения необходимо разработать недорогую23установку, позволяющую изготавливать РОВ с коэффициентом пропусканиябольше 95 %, узкой перетяжкой и высоким процентом выхода годных.1.4 Методы активации силоксановых связей на поверхности ОДМРИспользуя резонатор и элемент связи, возможно разрабатывать детекторынаночастиц на их основе.Поле моды в ОДМР локализовано как внутри микрорезонатора, так и наего поверхности, что позволяет использовать его в качестве детекторанеоднородностей в окружающей среде.
При осаждении частиц на поверхностиОДМР возможно измерять изменение добротности, что позволяет определятьконцентрацию наночастиц, вплоть до единичных, а также крупных молекул[39]. Зарубежные исследователи проявляют большой интерес к использованиювыпадающего поля мод «шепчущей галереи» для целей биодетектирования вклинической диагностике [73]. На данный момент в литературе описаныразличные стендовые установки, осуществляющие измерение концентрацииединичных наночастиц, но, несмотря на это, остается множество проблем,связанных с технической реализацией данного метода для коммерческогоиспользования.
Подавляющее число экспериментальных работ описываетизмерение концентрации наночастиц в жидкой среде. Это связано с тем, чтообнаружение наночастиц в аэрозолях является более сложной техническойзадачей. Для градуировки таких детекторов необходимо создавать аэрозольнаночастиц с заданными параметрами, что само по себе сложная задача.Возникает сложная системная задача как с технической точки зрения, таки с научной: создание аэрозоля, определение его концентрации, запись сигналав течение длительного времени, герметизация всех элементов конструкции,поддержание расстояния между ОДМР и системой связи, очистка всехэлементов конструкции и т.д.24Существует системная задача детектирования наночастиц с малойконцентрацией, которую возможно реализовать только при помощи оптическихдиэлектрических микрорезонаторов.Детекторы на основе ОДМР могут работать как в воздухе, так и вжидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
