Abstract

We propose and demonstrate a highly sensitive in-line photonic crystal fiber (PCF) microfluidic refractometer. Ultrathin C-shaped fibers are spliced in-between the PCF and standard single-mode fibers. The C-shaped fibers provide openings for liquid to flow in and out of the PCF. Based on a Sagnac interferometer, the refractive index (RI) response of the device is investigated theoretically and experimentally. A high sensitivity of 6621nm/RIU for liquid RI from 1.330 to 1.333 is achieved in the experiment, which agrees well with the theoretical analysis.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
    [CrossRef]
  2. X. W. Shu, L. Zhang, and I. Bennion, J. Lightwave Technol. 20, 255 (2002).
    [CrossRef]
  3. W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
    [CrossRef]
  4. C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
    [CrossRef]
  5. X. D. Fan and I. M. White, Nat. Photonics 5, 591 (2011).
    [CrossRef]
  6. J. M. Fini, Meas. Sci. Technol. 15, 1120 (2004).
    [CrossRef]
  7. J. B. Jensen, L. H. Pedersen, P. E. Hoiby, L. B. Nielsen, T. P. Hansen, J. R. Folkenberg, J. Riishede, D. Noordegraaf, K. Nielsen, A. Carlsen, and A. Bjarklev, Opt. Lett. 29, 1974 (2004).
    [CrossRef]
  8. S. Unterkofler, R. J. McQuitty, T. G. Euser, N. J. Farrer, P. J. Sadler, and P. St. J. Russell, Opt. Lett. 37, 1952 (2012).
    [CrossRef]
  9. S. Kassani, J. Park, Y. Jung, J. Kobelke, and K. Oh, Opt. Express 21, 14074 (2013).
    [CrossRef]
  10. M. C. P. Huy, G. Laffont, V. Dewynter, P. Ferdinand, P. Roy, J. L. Auguste, D. Pagnoux, W. Blanc, and B. Dussardier, Opt. Lett. 32, 2390 (2007).
    [CrossRef]
  11. L. Rindorf and O. Bang, Opt. Lett. 33, 563 (2008).
    [CrossRef]
  12. D. K. C. Wu, B. T. Kuhlmey, and B. J. Eggleton, Opt. Lett. 34, 322 (2009).
    [CrossRef]
  13. C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
    [CrossRef]
  14. Y. Liu, B. Liu, X. Feng, W. Zhang, G. Zhou, S. Yuan, G. Kai, and X. Dong, Appl. Opt. 44, 2382 (2005).
    [CrossRef]
  15. W. W. Qian, C. L. Zhao, S. He, X. Dong, S. Zhang, Z. Zhang, S. Jin, J. Guo, and H. Wei, Opt. Lett. 36, 1548 (2011).
    [CrossRef]
  16. X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
    [CrossRef]
  17. C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
    [CrossRef]
  18. M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
    [CrossRef]
  19. A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
    [CrossRef]
  20. K. Nielsen, D. Noordegraaf, T. Sørensen, A. Bjarklev, and T. P. Hansen, J. Opt. A 7, L13 (2005).
    [CrossRef]
  21. I. M. White and X. D. Fan, Opt. Express 16, 1020 (2008).
    [CrossRef]
  22. Y. Wang, M. Yang, D. N. Wang, S. Liu, and P. Lu, J. Opt. Soc. Am. B 27, 370 (2010).
    [CrossRef]

2013

2012

S. Unterkofler, R. J. McQuitty, T. G. Euser, N. J. Farrer, P. J. Sadler, and P. St. J. Russell, Opt. Lett. 37, 1952 (2012).
[CrossRef]

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

2011

2010

2009

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

D. K. C. Wu, B. T. Kuhlmey, and B. J. Eggleton, Opt. Lett. 34, 322 (2009).
[CrossRef]

2008

L. Rindorf and O. Bang, Opt. Lett. 33, 563 (2008).
[CrossRef]

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

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

2007

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

M. C. P. Huy, G. Laffont, V. Dewynter, P. Ferdinand, P. Roy, J. L. Auguste, D. Pagnoux, W. Blanc, and B. Dussardier, Opt. Lett. 32, 2390 (2007).
[CrossRef]

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

2005

Y. Liu, B. Liu, X. Feng, W. Zhang, G. Zhou, S. Yuan, G. Kai, and X. Dong, Appl. Opt. 44, 2382 (2005).
[CrossRef]

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

K. Nielsen, D. Noordegraaf, T. Sørensen, A. Bjarklev, and T. P. Hansen, J. Opt. A 7, L13 (2005).
[CrossRef]

2004

J. M. Fini, Meas. Sci. Technol. 15, 1120 (2004).
[CrossRef]

J. B. Jensen, L. H. Pedersen, P. E. Hoiby, L. B. Nielsen, T. P. Hansen, J. R. Folkenberg, J. Riishede, D. Noordegraaf, K. Nielsen, A. Carlsen, and A. Bjarklev, Opt. Lett. 29, 1974 (2004).
[CrossRef]

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

2002

1998

A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
[CrossRef]

Auguste, J. L.

Bang, O.

Bennion, I.

Bjarklev, A.

Blanc, W.

Bozolan, A.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Carlsen, A.

Chen, J. J.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Chesini, G.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Cordeiro, C. M. B.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Cruz, C. H. B.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

de Matos, C. J. S.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Demonkan, M. S.

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

Dewynter, V.

Domachuk, P.

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Dong, L.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Dong, X.

dos Santos, E. M.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Dussardier, B.

Eggleton, B. J.

D. K. C. Wu, B. T. Kuhlmey, and B. J. Eggleton, Opt. Lett. 34, 322 (2009).
[CrossRef]

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Euser, T. G.

Facincani, T.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Fan, X. D.

X. D. Fan and I. M. White, Nat. Photonics 5, 591 (2011).
[CrossRef]

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

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

Farrer, N. J.

Feng, X.

Ferdinand, P.

Fini, J. M.

J. M. Fini, Meas. Sci. Technol. 15, 1120 (2004).
[CrossRef]

Folkenberg, J. R.

Fu, L. B.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Gallagher, J. S.

A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
[CrossRef]

Guo, J.

Han, T. T.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Hansen, T. P.

Harvey, A. H.

A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
[CrossRef]

He, S.

Hoiby, P. E.

Huang, Y. Y.

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

Huy, M. C. P.

Jensen, J. B.

Jin, S.

Jin, W.

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

Jung, Y.

Kai, G.

Kassani, S.

Kobelke, J.

Kuhlmey, B. T.

Laffont, G.

Lee, R. K.

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

Liang, W.

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

Liu, B.

Liu, S.

Liu, Y.

Liu, Y. G.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Lu, C.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

Lu, P.

McQuitty, R. J.

Monat, C.

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

Nielsen, K.

Nielsen, L. B.

Noordegraaf, D.

Oh, K.

Ong, J. S. K.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Pagnoux, D.

Park, J.

Pedersen, L. H.

Qian, W. W.

Riishede, J.

Rindorf, L.

Roy, P.

Russell, P. St. J.

Sadler, P. J.

Sengers, J. M. H. L.

A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
[CrossRef]

Shopova, S. I.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

Shu, X. W.

Sørensen, T.

K. Nielsen, D. Noordegraaf, T. Sørensen, A. Bjarklev, and T. P. Hansen, J. Opt. A 7, L13 (2005).
[CrossRef]

Sun, Y. Z.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

Suter, J. D.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

Tam, H. Y.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Thomas, B. K.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Tse, M. L. V.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Unterkofler, S.

Vaz, A. R.

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Wai, P. K. A.

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

Wang, D. N.

Wang, Y.

Wang, Z.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Wei, C. L.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Wei, H.

White, I. M.

X. D. Fan and I. M. White, Nat. Photonics 5, 591 (2011).
[CrossRef]

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

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

Wu, D. K. C.

Xu, Y.

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

Yang, M.

Yang, X.

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

Yariv, A.

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

Yuan, S.

Zhang, L.

Zhang, S.

Zhang, W.

Zhang, Z.

Zhao, C. L.

W. W. Qian, C. L. Zhao, S. He, X. Dong, S. Zhang, Z. Zhang, S. Jin, J. Guo, and H. Wei, Opt. Lett. 36, 1548 (2011).
[CrossRef]

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

Zheng, X. B.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

Zhou, G.

Zhu, H. Y.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

Anal. Chim. Acta

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Y. Zhu, J. D. Suter, and Y. Z. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Appl. Phys. Lett.

X. B. Zheng, Y. G. Liu, Z. Wang, T. T. Han, C. L. Wei, and J. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 100, 141104 (2012).
[CrossRef]

W. Liang, Y. Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

C. L. Zhao, X. Yang, C. Lu, W. Jin, and M. S. Demonkan, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2535 (2004).
[CrossRef]

M. L. V. Tse, H. Y. Tam, L. B. Fu, B. K. Thomas, L. Dong, C. Lu, and P. K. A. Wai, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 164 (2009).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

J. Opt. A

K. Nielsen, D. Noordegraaf, T. Sørensen, A. Bjarklev, and T. P. Hansen, J. Opt. A 7, L13 (2005).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

J. Phys. Chem. Ref. Data

A. H. Harvey, J. S. Gallagher, and J. M. H. L. Sengers, J. Phys. Chem. Ref. Data 27, 761 (1998).
[CrossRef]

Meas. Sci. Technol.

J. M. Fini, Meas. Sci. Technol. 15, 1120 (2004).
[CrossRef]

C. M. B. Cordeiro, C. J. S. de Matos, E. M. dos Santos, A. Bozolan, J. S. K. Ong, T. Facincani, G. Chesini, A. R. Vaz, and C. H. B. Cruz, Meas. Sci. Technol. 18, 3075 (2007).
[CrossRef]

Nat. Photonics

C. Monat, P. Domachuk, and B. J. Eggleton, Nat. Photonics 1, 106 (2007).
[CrossRef]

X. D. Fan and I. M. White, Nat. Photonics 5, 591 (2011).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

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.

(a) Schematic of the experimental setup. (b) Schematic of the fabricated SMF-C-PCF-C-SMF microfluidic structure. (c) Fabrication process of the microfluidic structure. (d) SEM photo of the PM-PCF with a thin cap of 20 μm thick C-shaped fiber.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Simulation of modal birefringence of PM-PCF before and after water filling. (b) Output spectra before and after water filling at room temperature.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Simulated spectrum shift. (b) Measured spectrum shift. (c) Measured wavelength shift as a function of na.

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

T=12[1cos2πB(λ,na)Lλ],
B(λ)=neffslow(λ)nefffast(λ);G(λ)=B(λ)λdB(λ)dλ,
2πB(λ,na)Lλ=2mπ,
dλdna=λG(λ,na)B(λ,na)na.
|G|=λ2/(ΔλL).

Metrics