Ultrahigh resolution optical spectroscopy of liquid microdroplets using tapered optical fiber waveguides

Optofluidik, optik bileşenleri ve sistemleri oluşturmak için akışkanların eşsiz ozelliklerini kullanan yeni bir araştırma alanıdır. Optofluidik cihazlar analitik entegre sistemlerin kimyasal ve biyolojik özellikleri incelenebilir. Entegre sistemlerin en büyük özelliği karmaşık olmamaları ve biyolojik örneklerle uyumlu olmalarıdır. Optik iletişim bileşenleri, organik boya bazlı lazer ışık kaynakları ya da biyolojik algılama entegre opto-akışkan uygulamaların örneklerindendir. Küresel simetrileriye ve yüzey pürüzsüzlüğüne sahip mikrodamlalar optofluidik uygulamaları için uygundur. Mikrodamlacıkların optofluidik uygulamaları için pozisyonlarının kontrollü bir şekilde sabitlenmesi gerekmektedir. Bu tezde damlacıkların pozisyonlarının sabitlenmesi için su tutmayan yüzeyler kullanılmıştır. Tezin ilk kısmında, titreştirilen süperhidrofobik bir yüzey üzerinde bulunan mikrometre ölçekli bireysel sıvı damlalarının mekanik rezonanslarının analizine bağlı olarak mikroskopik kontak açılarının ölçümü için yeni bir metot bulunmuştur. Bu amaçla, bu çalışmada, damlacığın mekanik rezonanslarının ve büyüklüklerinin eşzamanlı olarak belirlenebilmesi için ışıyan boya içeren damlacıkların lazer ışınıyla uyarılmasıyla elde edilen fısıldayan galeri kiplerinin (FGM) optik spektroskopisi kullanılmıştır. Damlacıklar, optik mikrokovuk rolü üstlenmişlerdir ve damlacıkların ışıma spektrumu, spektral genişlikleri damlacığın titreşim genliklerine bağlı olan fısıldayan galeri kiplerini karakterize eder. Fısıldayan galeri kipinin genişliğini, farklı büyüklüklü damlaların altlık titreşim frekanslarının bir fonksiyonu olarak izleyerek, damlacıkların maksimal fısıldayan galeri kiplerinin genişlemesinin olduğu frekanslardaki rezonans frekansları belirlenmiştir. Ardından, damlacık büyüklüklüğü, Lorenz-Mie saçılma teorisi kullanılmasıyla fısıldayan galeri kiplerin kip-eşleştirmesi ile belirlenmiştir. Verilen bir damlacık için, kontak açısı, yüzeyde duran damlacığın aksisimektrik salınımları için geliştirilen teori kullanılarak, damlacık mekanik rezonans frekansının ve büyüklüklüğün bağımsız ölçümlerinden elde edilmiştir. Tezin ikinci kısmında ise inceltilmiş optik fiber kullanılmıştır. İnceltilmiş optik fiber ile damlacıkların FGMlerinin kalite faktörleri ölçülmüştür. Daha sonra ikinci bir lazer kullanarak damlacıkların hacmi sabitlenmiş ve FGMleri kontrol edilebilmiştir.