Elastic light scattering and modulation from solid microspheres in liquids

Abstract

Optik mikroçınlaçlar üzerine, optik haberlesme ve biyokimyasal algılayıcıalanlarındaki olası uygulamaları nedeniyle son zamanlarda yoğun arastırmalar yapılmıstır.Yuvarın kendiliğinden olusan, ülküsel ve kusursuz doğası nedeniyle mikroyuvarlar bütünoptik mikroçınlaçlar arasında en temel olmustur. Elektromanyetik alanların yuvarlaksınırlara uygulanarak çözülmesi sonucunda yüksek kalite faktörlü optik çınlamalar eldeedilir. Optik çınlamaların özellikleri çınlacın yapısına (biçimine, boyutuna ve kırılmakatsayısına) bağlıdır.Bu çalısmada, mikroçınlaç olarak katı yalıtkan ve yarı iletken mikroyuvarlarseçilmistir. Optik çınlamalar, izge ayarlı bir lazer ve fiber optik yarı bağlastırıcı ileuyarılmıstır. Optik liften iletilen ve mikroyuvardan saçılan ısık izgeleri optik çınlamalargöstermistir. Çınlamaların arastırılması için mikroyuvarlar sıvı kristal, organik sıvılar ve suçözeltileri gibi sıvılar içine yerlestirilmistir.Nematik fazlı sıvı kristaller yüksek derecede çift kırılma katsayılı, görüntülemeteknolojisinde çok kullanılan moleküllerdir. Mikroyuvarı çevreleyen nematik sıvıkristallere elektrik alan uygulanması mikroyuvarın etrafında kırılma katsayısının değismesigibi yapısal değisikliklere neden olur. Dolayısıyla optik çınlamaların izge konumuayarlanabilir ve optik im kiplenebilir. Bu optoakıskan sistem sıvı kristalli görüntülemeteknolojilerinde ve optik im islenmesi uygulamalarında yeni olanaklar sunmaktadır.

Optical microcavities have been extensively studied for the last few decades for theirpotential applications in lightwave communications and biochemical sensing. Among thedifferent microcavity shapes and configurations studied so far, the microsphere is simplestresonator type due to the self-forming, ideal, and perfect nature of the sphere. For a sphere,the solutions to the electromagnetic fields subject to the boundary conditions, lead to thehigh quality factor optical resonances, which are strongly dependent on the morphology,i.e., size, shape and refractive index, of the spherical resonator.In this work, solid dielectric and semiconductor microspheres are used asmicroresonators. The optical resonances of the microspheres are excited with tunable diodelasers through optical fiber half couplers. The observed transmission and the elasticscattering spectra reveal high quality factor optical resonances. The spheres are placed invarious liquids, such as liquid crystals, organic liquids and aqueous solutions for theinvestigation of these optical resonances.Nematic liquid crystals are highly birefringent molecules, which are vastly used indisplay technologies. Applying an external electric field to the nematic liquid crystalinduces changes in the refractive index of the medium external to the microsphere. Hencethe spectral position of the microspheres? optical resonances are tuned and used for signalmodulation. This state-of-the-art microfluidic system promises novel optical signalprocessing applications in liquid crystal display and optofluidic technologies.