Optični mikroresonatorji kot senzorji tlaka in lomnega količnika v celici z diamantnim nakovalomDe Reggi, Lucijan (Avtor) Humar, Matjaž (Mentor) celica z diamantnim nakovalomvisoki tlakioptični mikroresonatornačini WGMlomni količnikrubinova tlačna lestvicabarijevotitanatno stekloRaziskave snovi pri visokih tlakih danes v veliki meri potekajo v celici z diamantnim nakovalom (DAC), v kateri je vzorec stisnjen med prozornima nakovaloma in je zato dostopen optičnim meritvam. Tlak v njej izmerimo posredno, najpogosteje iz fluorescence rubina, dodanega v vzorec. Obetavna dopolnitev teh senzorjev so prozorni sferični mikroresonatorji. V njih svetloba kroži tesno pod površino v šepetajočih galerijskih načinih (angl. whispering gallery modes, WGM), katerih valovne dolžine so ostro določene in odvisne le od polmera mikroresonatorja ter od lomnih količnikov njegove snovi in okoliškega medija. Tak mikroresonator je zato po zgradbi hkrati senzor tlaka in senzor lomnega količnika. Doslej je bilo pokazano, da so taki resonatorji uporabni kot senzorji tlaka, ne pa tudi kot merilci lomnega količnika. Cilj tega magistrskega dela je bil te mikroresonatorje umeriti kot senzorje tlaka in lomnega količnika tekočega medija v DAC. Opravil sem tri eksperimente z mikroresonatorji iz barijevotitanatnega stekla, dopiranega z evropijem, ki sem jih skupaj s sferičnimi rubini suspendiral v mediju za prenos tlaka, tlak pa določal iz rubinov. Poskus v mešanici metanola in etanola 4:1 se je ponesrečil, zato sem umeritev opravil v silikonskem olju in jo nato preizkusil v destilirani vodi. Iz prilagoditve približne modalne enačbe izmerjenim spektrom dobim pri vsakem tlaku dve količini, optični polmer, to je zmnožek polmera mikroresonatorja in njegovega lomnega količnika, ter razmerje $N$ med lomnim količnikom mikroresonatorja in medija. Tlačna odvisnost lomnega količnika, ki jo dobim iz umeritve, se ujema z objavljeno vrednostjo za to steklo. Kot senzor tlaka se je optični polmer izkazal za nenatančnega, saj se stiskanje mikroresonatorja in rast njegovega lomnega količnika v njem skoraj odštejeta. Odstopanje od rubinove lestvice, to je uveljavljene zveze med tlakom in premikom fluorescenčne črte rubina, tudi v najboljšem primeru znaša okoli 1 GPa, v slepem preizkusu na meritvah v vodi pa umeritvena krivulja pri večini odčitkov sploh nima rešitve. Razmerje $N$ je precej občutljivejše, vendar zahteva znan medij in zato kot samostojen merilec tlaka ne pride v poštev. Prav ta občutljivost pa je prednost, kadar mikroresonator uporabimo kot merilec lomnega količnika medija, saj se ta skriva samo v razmerju $N$. Iz umerjenega optičnega polmera in izmerjenega razmerja $N$ sem rekonstruiral lomni količnik vode, ne da bi vanj vstopila kakršna koli predpostavka o vodi. Dobljene vrednosti se z objavljenimi ujemajo na nekaj odstotkov. Z mikroresonatorji sem izmeril tudi fazni prehod led VI${}\to{}$led VII, saj pri tlaku prehoda vsi neodvisno pokažejo skok lomnega količnika, katerega velikost je skladna s pričakovano. Uporabni so pri tem le mikroresonatorji v ozkem razponu velikosti, ki ga postavi razmerje lomnih količnikov in ne velikost sama. Pokazal sem torej, da mikroresonatorji niso posebej primerni za merjenje tlaka, so pa zelo uporabni kot merilci lomnega količnika, kar odpira nove možnosti za preprostejše meritve različnih snovi pri visokih tlakih.20262026-09-17 08:15:47Magistrsko delo/naloga187977sl