Abstract

We report a simple Fabry–Perot interferometer (FPI) embedded in a glass chip, which is capable of precisely measuring the refractive indices of liquid samples. The microdevice is the integration of a single-mode optical fiber and a microchannel in the photosensitive glass fabricated by femtosecond laser followed by thermal treatment, wet etching, and annealing. The function of the FPI is demonstrated by measuring the refractive indices of water and methanol. The interference visibility is more than 4.0 dB, which is sufficient for most sensing applications. This refractive index sensor with rigid structure could be further integrated to become a more complex 3D lab-on-a-chip for reliable biomedical applications.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. J. Rao, Opt. Fiber Technol. 12, 227 (2006).
    [CrossRef]
  2. J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
    [CrossRef]
  3. Y. Zhang, H. Shibru, K. L. Cooper, and A. Wang, Opt. Lett. 30, 1021 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
    [CrossRef]
  5. Y. J. Rao, M. Deng, D. W. Duan, X. C. Yang, T. Zhu, and G. H. Cheng, Opt. Express 15, 14123 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. T. Wei, Y. Han, H. L. Tsai, and H. Xiao, Opt. Lett. 33, 536 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. T. Wei, Y. Han, H. L. Tsai, and H. Xiao, Opt. Express 16, 5764 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
    [CrossRef]
  10. T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
    [CrossRef]
  11. Y. Cheng, K. Sugioka, and K. Midorikawa, Opt. Lett. 28, 1144 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
    [CrossRef]
  13. F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).
  14. H. El-Kashef, Physica B 279, 295 (2000).
    [CrossRef]
  15. P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
    [CrossRef]

2008 (2)

2007 (1)

2006 (1)

Y. J. Rao, Opt. Fiber Technol. 12, 227 (2006).
[CrossRef]

2005 (4)

Y. Zhang, H. Shibru, K. L. Cooper, and A. Wang, Opt. Lett. 30, 1021 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

2003 (2)

Y. Cheng, K. Sugioka, and K. Midorikawa, Opt. Lett. 28, 1144 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
[CrossRef]

2000 (2)

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

H. El-Kashef, Physica B 279, 295 (2000).
[CrossRef]

1990 (1)

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Adnet, A.

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Boyce, C. A.

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Cheng, G. H.

Cheng, Y.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, and K. Midorikawa, Opt. Lett. 28, 1144 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Cooper, K. L.

Deng, M.

Duan, D. W.

Duan, Y.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

El-Kashef, H.

H. El-Kashef, Physica B 279, 295 (2000).
[CrossRef]

Elster, J. L.

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Evans, M. K.

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Gallagher, J. S.

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Grover, C. P.

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Han, Y.

Hongo, T.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Hsiung, S. K.

S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Huang, Z.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Huo, W.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Jones, M. E.

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Lee, G. B.

S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Lenahan, S. M.

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Levelt Sengers, J. M. H.

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Lin, C. H.

S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Masuda, M.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

May, R. G.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Mazur, E.

C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
[CrossRef]

Midorikawa, K.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, and K. Midorikawa, Opt. Lett. 28, 1144 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Miyamoto, I.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Niino, H.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Pedrotti, F. L.

F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).

Pedrotti, L.

F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).

Pedrotti, L. M.

F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).

Pedrotti, L. S.

F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).

Peng, W.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Pickrell, G. R.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Qi, B.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Rao, Y. J.

Schaffer, C. B.

C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
[CrossRef]

Schiebener, P.

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Shibru, H.

Squier, J. A.

C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
[CrossRef]

Straub, J.

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Sugioka, K.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Y. Cheng, K. Sugioka, and K. Midorikawa, Opt. Lett. 28, 1144 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Sun, F. G.

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Takai, H.

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

Tsai, H. L.

Wang, A.

Y. Zhang, H. Shibru, K. L. Cooper, and A. Wang, Opt. Lett. 30, 1021 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Wei, T.

Xiao, G. Z.

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Xiao, H.

T. Wei, Y. Han, H. L. Tsai, and H. Xiao, Opt. Lett. 33, 536 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Wei, Y. Han, H. L. Tsai, and H. Xiao, Opt. Express 16, 5764 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Xu, J.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Yang, X. C.

Zhang, P.

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Zhang, Y.

Zhang, Z. Y.

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Zhu, T.

Electrophoresis (1)

S. K. Hsiung, C. H. Lin, and G. B. Lee, Electrophoresis 26, 1122 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

J. Appl. Phys. (1)

T. Hongo, K. Sugioka, H. Niino, Y. Cheng, M. Masuda, I. Miyamoto, H. Takai, and K. Midorikawa, J. Appl. Phys. 97, 063517 (2005).
[CrossRef]

J. Phys. Chem. Ref. Data (1)

P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, and J. S. Gallagher, J. Phys. Chem. Ref. Data 19, 677 (1990).
[CrossRef]

Opt. Eng. (Bellingham) (1)

B. Qi, G. R. Pickrell, J. Xu, P. Zhang, Y. Duan, W. Peng, Z. Huang, W. Huo, H. Xiao, R. G. May, and A. Wang, Opt. Eng. (Bellingham) 42, 3165 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Fiber Technol. (1)

Y. J. Rao, Opt. Fiber Technol. 12, 227 (2006).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Physica B (1)

H. El-Kashef, Physica B 279, 295 (2000).
[CrossRef]

Proc. SPIE (2)

C. B. Schaffer, E. Mazur, and J. A. Squier, Proc. SPIE 4633, 112 (2002).
[CrossRef]

J. L. Elster, M. E. Jones, M. K. Evans, S. M. Lenahan, and C. A. Boyce, Proc. SPIE 3911, 105 (2000).
[CrossRef]

Sens. Actuators A (1)

G. Z. Xiao, A. Adnet, Z. Y. Zhang, F. G. Sun, and C. P. Grover, Sens. Actuators A 118, 177 (2005).
[CrossRef]

Other (1)

F. L. Pedrotti, L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics (Benjamin Cummings, 2006).

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the FFPI embedded in a glass chip. (a) Chip overview: 1, buffer region; 2, sample inlet and outlet ports; 3, microfluidic channel; 4, fiber holder. (b) Schematic of the FPI (dimensions are not to scale).

Fig. 2
Fig. 2

Optical image of the microchip with a 500 μ m scale bar.

Fig. 3
Fig. 3

Cavity lengths at different temperatures from 23 ° C to 100 ° C .

Fig. 4
Fig. 4

Interference spectra of air, water, and methanol at 23 ° C .

Equations (2)

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

I ( λ ) = I 1 ( λ ) + I 2 ( λ ) + 2 I 1 ( λ ) I 2 ( λ )   cos ( 4 π n L λ + ϕ 0 ) ,
n L = 1 2 ( λ v 1 λ v 2 λ v 2 λ v 1 ) ,

Metrics