Abstract

Whispering-gallery-mode (WGM) microresonators are used as optical transducers for sensing applications. The typical detection scheme is based on tracking the WGM resonance shift, by scanning with a tunable laser, when a change of the refractive index in the region probed by the WGM takes place. We propose a sensing approach based instead on monitoring the position of the laser line of a fiber ring laser having a WGM microsphere in its loop. We have demonstrated that the induced shift is the same for the ring laser line and for the microsphere resonance. The proposed method requires simpler, cheaper equipment and may also improve the sensor resolution because the ring laser line is much narrower than the microsphere WGM resonance.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Meth. 5, 591 (2008).
    [CrossRef]
  2. A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
    [CrossRef]
  3. Y. Sun and X. Fan, Anal. Bioanal. Chem 399, 205 (2011).
    [CrossRef]
  4. I. M. White and X. Fan, Opt. Express 16, 1020 (2008).
    [CrossRef]
  5. B. Sprenger, H. G. L. Schwefel, and L. J. Wang, Opt. Lett. 34, 3370 (2009).
    [CrossRef]
  6. B. Sprenger, H. G. L. Schwefel, Z. H. Lu, S. Svitlov, and L. J. Wang, Opt. Lett. 35, 2870 (2010).
    [CrossRef]
  7. S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
    [CrossRef]
  8. F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
    [CrossRef]
  9. L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
    [CrossRef]
  10. M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
    [CrossRef]
  11. L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
    [CrossRef]
  12. J. Yang and L. J. Guo, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 143 (2006).
    [CrossRef]
  13. Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
    [CrossRef]
  14. H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
    [CrossRef]
  15. C. Schmidt, A. Chipouline, T. Pertsch, A. Tünnermann, O. Egorov, F. Lederer, and L. Deych, Opt. Express 16, 6285 (2008).
    [CrossRef]
  16. G.-D. Kim, G.-S. Son, H.-S. Lee, K.-D. Kim, and S.-S. Lee, Opt. Lett. 34, 1048 (2009).
    [CrossRef]
  17. N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
    [CrossRef]

2011

Y. Sun and X. Fan, Anal. Bioanal. Chem 399, 205 (2011).
[CrossRef]

2010

B. Sprenger, H. G. L. Schwefel, Z. H. Lu, S. Svitlov, and L. J. Wang, Opt. Lett. 35, 2870 (2010).
[CrossRef]

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

2009

2008

2006

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

J. Yang and L. J. Guo, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 143 (2006).
[CrossRef]

2005

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

2004

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
[CrossRef]

2002

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Arnold, S.

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Meth. 5, 591 (2008).
[CrossRef]

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Baldini, F.

Barucci, A.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Berneschi, S.

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Braun, D.

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Brenci, M.

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

Cai, Z. P.

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Calzolai, R.

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

Chiasera, A.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

Chipouline, A.

Conti, G. Nunzi

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Cosi, F.

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Dallapiccola, R.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

De Sario, M.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Deych, L.

Dumeige, Y.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

Egorov, O.

Fan, X.

Y. Sun and X. Fan, Anal. Bioanal. Chem 399, 205 (2011).
[CrossRef]

I. M. White and X. Fan, Opt. Express 16, 1020 (2008).
[CrossRef]

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

Féron, P.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Ferrari, M.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Giannetti, A.

Guo, L. J.

J. Yang and L. J. Guo, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 143 (2006).
[CrossRef]

Hanumegowda, N. M.

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

Insinna, M.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Jestin, Y.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

Khoshsima, M.

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Kim, G.-D.

Kim, K.-D.

Lederer, F.

Lee, H.-S.

Lee, S.-S.

Libchaber, A.

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Lu, Z. H.

Lunelli, L.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Mescia, L.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Mortier, M.

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Palmisano, T.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Pasquardini, L.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Patel, B. C.

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

Pederzolli, C.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Pelli, S.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

Pertsch, T.

Prudenzano, F.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Righini, G. C.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

Rokhsari, H.

H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
[CrossRef]

Salvadori, S.

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Schmidt, C.

Schwefel, H. G. L.

Son, G.-S.

Soria, S.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

S. Soria, F. Baldini, S. Berneschi, F. Cosi, A. Giannetti, G. Nunzi Conti, S. Pelli, G. C. Righini, and B. Tiribilli, Opt. Express 17, 14694 (2009).
[CrossRef]

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Spillane, S. M.

H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
[CrossRef]

Sprenger, B.

Stéphan, G. M.

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Stica, C. J.

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

Sun, Y.

Y. Sun and X. Fan, Anal. Bioanal. Chem 399, 205 (2011).
[CrossRef]

Svitlov, S.

Teraoka, I.

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Tiribilli, B.

Tünnermann, A.

Vahala, K. J.

H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
[CrossRef]

Vollmer, F.

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Meth. 5, 591 (2008).
[CrossRef]

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

Wang, L. J.

White, I.

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

White, I. M.

Xu, H. Y.

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Yang, J.

J. Yang and L. J. Guo, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 143 (2006).
[CrossRef]

Anal. Bioanal. Chem

Y. Sun and X. Fan, Anal. Bioanal. Chem 399, 205 (2011).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

N. M. Hanumegowda, C. J. Stica, B. C. Patel, I. White, and X. Fan, Appl. Phys. Lett. 87, 201107 (2005).
[CrossRef]

F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Khoshsima, I. Teraoka, and S. Arnold, Appl. Phys. Lett. 80, 4057 (2002).
[CrossRef]

H. Rokhsari, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 85, 3029 (2004).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.

J. Yang and L. J. Guo, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 143 (2006).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

L. Mescia, F. Prudenzano, M. De Sario, T. Palmisano, M. Ferrari, and G. C. Righini, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 422 (2010).
[CrossRef]

Laser Photon. Rev.

A. Chiasera, Y. Dumeige, P. Féron, M. Ferrari, Y. Jestin, G. Nunzi Conti, S. Pelli, S. Soria, and G. C. Righini, Laser Photon. Rev. 4, 457 (2010).
[CrossRef]

Nat. Meth.

F. Vollmer and S. Arnold, Nat. Meth. 5, 591 (2008).
[CrossRef]

Opt. Commun.

Z. P. Cai, H. Y. Xu, G. M. Stéphan, P. Féron, and M. Mortier, Opt. Commun. 229, 311 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Proc. SPIE

M. Brenci, R. Calzolai, F. Cosi, G. Nunzi Conti, S. Pelli, and G. C. Righini, Proc. SPIE 6158, 61580S (2006).
[CrossRef]

Other

L. Pasquardini, S. Berneschi, A. Barucci, F. Cosi, R. Dallapiccola, M. Insinna, L. Lunelli, G. Nunzi Conti, C. Pederzolli, S. Salvadori, and S. Soria, “Whispering gallery mode aptasensors for detectgion of blood proteins,” J. Biophoton., doi:10.1002/ jbio.201200013 (to be published).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Scheme of the setup used to simultaneously compare the shift of the microsphere resonance with that of the laser line of the microsphere stabilized ring laser. The laser line detuning is monitored through the Fabry–Perot Interferometer (FPI) at port 5.

Fig. 2.
Fig. 2.

Microsphere resonance versus ring laser line detuning showing that they undergo the same shift. The slope is equal to 1.01. The insets show the laser line as it appears on the Fabry–Perot interferometer at port 5 and the microsphere resonance detected at port 3 after scanning with the tunable laser source.

Fig. 3.
Fig. 3.

Comparison of a microsphere resonance (upper curve) with the laser ring line as measured with a heterodyne technique (lower curve). Line narrowing of more than two orders of magnitude is observed. A sketch of the experimental setup (to be combined with that of Fig. 1) is shown above the graph.

Metrics