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Engineering

लाइट की अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण के लिए बेक़ायदा पॉलिमर ऑप्टिकल फाइबर के निर्माण और विशेषता

Published: July 29, 2013 doi: 10.3791/50679
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1
1Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Wisconsin-Milwaukee, 2Corning Incorporated, Corning, New York

Summary

हम एक उपन्यास waveguiding तंत्र के रूप में अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण का उपयोग करता है कि एक अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर का विकास और विशेषताएँ. इस microstructured फाइबर पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर की किरण त्रिज्या के बराबर है कि एक त्रिज्या के साथ एक छोटे से स्थानीय किरण परिवहन कर सकते हैं.

Abstract

हम एक उपन्यास waveguiding तंत्र के रूप में अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण का उपयोग करता है कि एक अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर का विकास और विशेषताएँ. विकसित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर बेतरतीब ढंग से मिलाया और 250 माइक्रोन की ओर चौड़ाई के साथ एक वर्ग पार अनुभाग ऑप्टिकल फाइबर में तैयार कर रहे हैं कि पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) और polystyrene (पी एस) के 80,000 किस्में से बना है. प्रारंभ में, हर कतरा लंबे 200 व्यास में माइक्रोन और 8 इंच है. मूल फाइबर किस्में के मिश्रण की प्रक्रिया के दौरान फाइबर एक दूसरे को पार, लेकिन, एक बड़े आकर्षित अनुपात अपवर्तनांक प्रोफाइल सेंटीमीटर के कई दसियों के लिए फाइबर की लंबाई के साथ अपरिवर्तनीय है कि गारंटी देता है. पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर की किरण त्रिज्या के बराबर है कि एक छोटे से स्थानीय किरण त्रिज्या में अव्यवस्थित साइटों परिणामों के बीच 0.1 की बड़ी अपवर्तनांक अंतर. इनपुट प्रकाश बट युग्मन विधि और Nea का उपयोग कर एक मानक एकल मोड ऑप्टिकल फाइबर से शुरू की हैअव्यवस्थित फाइबर से आर मैदान उत्पादन बीम एक 40x उद्देश्य और एक सीसीडी कैमरे का उपयोग imaged है. उत्पादन किरण व्यास संख्यात्मक सिमुलेशन से अपेक्षित परिणाम के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं. इस काम में प्रस्तुत अव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर 2 डी एंडरसन स्थानीयकरण का पहला उपकरण स्तरीय कार्यान्वयन है, और संभवतः छवि परिवहन और कम से ढोना ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

Introduction

पीडब्लू एंडरसन 1 से एक सैद्धांतिक काम में, यह एक क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में विकार की उपस्थिति में, प्रसार की प्रक्रिया बंद हो जाता है और स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक राज्यों का विकास है कि दिखाया गया था. एंडरसन स्थानीयकरण भी इस तरह के प्रकाश के रूप में शास्त्रीय तरंगों के लिए हो सकता है कि एक लहर घटना है. प्रकाशिकी 2,3 में एंडरसन स्थानीयकरण की सैद्धांतिक भविष्यवाणी के बाद से, विद्युत चुम्बकीय तरंगों 4,5 साथ प्रयोगात्मक इस घटना को साकार करने के लिए कई प्रयास किए गए हैं. हालांकि, यह ऑप्टिकल बिखरने पार वर्गों सबसे ऑप्टिकल माल की कम अपवर्तक सूचकांक विपरीत होने के कारण अक्सर बहुत छोटे हैं क्योंकि मजबूत स्थानीयकरण प्राप्त करने के लिए बहुत मुश्किल हो गया है. 1989 में, डी Raedt एट अल. 6 इसे कम अपवर्तनांक विरोधाभासों के साथ एक अर्ध दो आयामी अव्यवस्थित ऑप्टिकल प्रणाली में एंडरसन स्थानीयकरण निरीक्षण करने के लिए संभव है कि पता चला है. विकार एक सहारा की अनुप्रस्थ विमान तक ही सीमित है तो वे बताते हैं किएक अनुलंबीय अपरिवर्तनीय मध्यम में लहर agating, किरण मजबूत अनुप्रस्थ बिखरने के कारण अनुप्रस्थ दिशा में एक छोटे से क्षेत्र तक ही सीमित रह सकता है. ट्रांसवर्स एंडरसन स्थानीयकरण पहले एक फोटो अपवर्तक क्रिस्टल 7 में हस्तक्षेप पैटर्न का उपयोग करके बनाए गए दो आयामी waveguides में मनाया गया. इनकार सिलिका अव्यवस्थित waveguides के नमूना साथ femtosecond दालों का उपयोग कर लिखे गए हैं जहां अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण 8,9, के अवलोकन के लिए इस्तेमाल किया गया है कि अन्य माध्यम है. ऊपर उल्लेख किया प्रणालियों में अव्यवस्थित साइटों का अपवर्तनांक अंतर 10 -4 के आदेश पर कर रहे हैं, तो स्थानीयकरण त्रिज्या काफी बड़ी है. इसके अतिरिक्त, ठेठ waveguides के कई सेंटीमीटर से आमतौर पर लंबे समय तक नहीं कर रहे हैं, इसलिए वे निर्देशित लहर अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक नहीं हो सकता. हम एक आयामी अव्यवस्थित waveguide में अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण के अवलोकन के पहले पुन में सूचना मिली थी कि बाहर बातच 10.

यहां विकसित ऑप्टिकल फाइबर निर्देशित लहर अनुप्रयोगों 11,12 के लिए अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण की पिछली प्राप्तियों पर कई फायदे हैं. सबसे पहले, नियमित रूप से ऑप्टिकल फाइबर की किरण त्रिज्या के लिए तुलनीय एक छोटे स्थानीय बीम में फाइबर परिणामों के विकार साइटों के बीच 0.1 की बड़ी अपवर्तक अंतर. दूसरा, बहुलक अव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर ज्यादा देर photorefractive क्रिस्टल या जुड़े सिलिका में बाहर से लिखा अव्यवस्थित waveguides से बनाया जा सकता है. हम एक 60 सेमी लंबे फाइबर 11 में अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण निरीक्षण कर रहे थे. तीसरा, बहुलक अव्यवस्थित फाइबर ऑप्टिकल फाइबर 13 में प्रकाश तरंगों के परिवहन पर निर्भर है कि वास्तविक दुनिया यंत्र स्तर के अनुप्रयोगों के लिए यह व्यावहारिक बनाने, लचीला है.

अव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर निर्माण करने के लिए, PMMA के 40,000 किस्में और पी एस के 40,000 किस्में, बेतरतीब ढंग से मिश्रित थे जहां प्रत्येक strऔर व्यास में 8 इंच लंबे और 250 मीटर थी. बेतरतीब ढंग से मिश्रित किस्में के बारे में 2.5 इंच का एक पक्ष चौड़ाई के साथ एक वर्ग पार अनुभाग पहिले में इकट्ठे हुए थे. पहिले तो लगभग 250 माइक्रोन (चित्रा 1) के एक पक्ष चौड़ाई के साथ एक वर्ग ऑप्टिकल फाइबर के लिए तैयार किया गया था. बेतरतीब ढंग से मूल फाइबर किस्में मिश्रण करने के लिए, हम एक बड़ी मेज पर PMMA, फाइबर किस्में की एक परत फैल पुनश्च फाइबर किस्में की एक परत जोड़ा, और फिर बेतरतीब ढंग से उन्हें एक साथ मिलाया. एक अच्छा यादृच्छिक मिश्रण प्राप्त किया गया था जब तक प्रक्रिया में कई बार दोहराया गया था.

हम छवि अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर का अपवर्तनांक प्रोफाइल पर एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) का इस्तेमाल किया. इस तरह के एक तेज गर्म ब्लेड का उपयोग कर के रूप में नियमित cleaving तकनीक, इसके अपवर्तनांक प्रोफ़ाइल नक्शा करने के लिए फाइबर अंत के SEM इमेजिंग के लिए फाइबर नमूने तैयार करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता ब्लेड हर्जाना फाइबर अंत की आकारिकी क्योंकि. फाइबर चमकाने वें पर एक समान हानिकारक प्रभाव पड़ता हैफाइबर अंत की ई गुणवत्ता. SEM इमेजिंग के लिए उच्च गुणवत्ता के नमूने तैयार करने के लिए आदेश में, हम कई मिनट के लिए तरल नाइट्रोजन में प्रत्येक फाइबर डूबे हुए और फिर फाइबर तोड़ दिया, कुछ अच्छा फाइबर टुकड़ों में पर्याप्त फाइबर नमूने पर किया जाता है, इस विधि का परिणाम (15% सफलता के आसपास दर) SEM इमेजिंग के लिए बहुत उच्च गुणवत्ता वाले और चिकनी अंत सतहों के साथ. हम तो फाइबर अंत पर PMMA साइटों भंग करने के लिए 3 मिनट के बारे में के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर शराब समाधान एथिल एक 70% इस्तेमाल किया, अब जोखिम पूरे फाइबर अंत बिखर सकता है. हम तो एयू / पीडी के साथ नमूने लेपित और SEM कक्ष में उन्हें रखा. तेजी से बढ़ी में अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर के SEM छवि चित्रा 2 में दिखाया गया है. हल्के भूरे रंग साइटों पुनश्च हैं और अंधेरे साइटों PMMA हैं. छवि की कुल चौड़ाई इस छवि में सबसे छोटी सुविधाओं आकार ड्रा प्रक्रिया के बाद फाइबर किस्में की व्यक्तिगत साइट आकार के लिए इसी ~ 0.9 माइक्रोन कर रहे हैं, जहां 24 माइक्रोन है.

Characte के क्रम मेंअव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर का waveguide के गुण राइज़, हम 633 एनएम तरंगदैर्ध्य पर एक वह-NE लेजर का इस्तेमाल किया. उन्होंने ने लेजर तो एक उच्च परिशुद्धता मोटर मंच का उपयोग अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर के लिए बट युग्मित है जो लगभग 4 मीटर, की एक विधा के क्षेत्र व्यास के साथ एक एकल मोड SMF630hp ऑप्टिकल फाइबर के लिए युग्मित है. उत्पादन तो एक 40x उद्देश्य का उपयोग कर एक सीसीडी कैमरा किरण प्रोफाइलर पर imaged है.

प्रयोगों के पहले सेट में, हम 20 विभिन्न अव्यवस्थित फाइबर नमूने, प्रत्येक 5 सेमी लंबे समय चुना, 5 सेमी लंबाई हमारे संख्यात्मक सिमुलेशन में प्रचार लंबाई मैच के लिए चुना गया था. अव्यवस्थित फाइबर की संख्यात्मक सिमुलेशन भी 1,100 तत्वों के साथ एक उच्च प्रदर्शन अभिकलन क्लस्टर पर, आम तौर पर बहुत समय लगता है. 633 एनएम के तरंग दैर्ध्य के लिए पूर्ण अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण ही प्रचार 11,12 के बारे में 2.5 सेमी के बाद होता है, इसलिए हम 5 सेमी लंबाई हमारे उद्देश्यों के लिए पर्याप्त है कि फैसला किया. Stoc की वजहएंडरसन स्थानीयकरण की hastic प्रकृति, हम औसत किरण व्यास की प्रयोगात्मक और संख्यात्मक मूल्यों की तुलना करने के लिए पर्याप्त आंकड़े एकत्रित करने के क्रम में, 100 प्राप्तियों के लिए प्रयोगों और सिमुलेशन दोनों को दोहराने की जरूरत है. अभ्यास में, 100 अलग माप 20 विभिन्न अव्यवस्थित फाइबर नमूनों में से प्रत्येक पर पांच spatially अलग माप लेने के द्वारा प्राप्त कर रहे हैं.

यह ग्लास ऑप्टिकल फाइबर के साथ तुलना में, मापन के लिए अव्यवस्थित बहुलक ऑप्टिकल फाइबर तैयार करने के लिए काफी मेहनत की है. उदाहरण के लिए, एक उन्नत cleaving और मानक सिलिका आधारित फाइबर के लिए अच्छी तरह से विकसित कर रहे हैं कि चमकाने उपकरण और तकनीक का उपयोग नहीं कर सकते हैं. बहुलक ऑप्टिकल फाइबर cleaving और चमकाने के लिए एक परिष्कृत प्रक्रिया अब्दी एट अल द्वारा सूचित किया गया है 14;. हम अपने फाइबर नमूने तैयार करने के लिए कुछ मामूली संशोधनों के साथ उनके तरीकों का इस्तेमाल किया. फोड़ना एक बहुलक अव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर के क्रम में, एक घुमावदार एक्स Acto ब्लेड 65 तक गरम किया जाता है °, सी, और 37 के लिए फाइबर डिग्री सेल्सियस. एक साफ, सीधा काट दिया जा सकता है कि इतने फाइबर की नोक एक काटने की सतह पर गठबंधन किया है. ब्लेड फाइबर के किनारे पर रख दिया गया है, और जल्दी भर में लुढ़का है. पूरे cleaving प्रक्रिया ब्लेड और फाइबर के तापमान में काफी परिवर्तन नहीं करते, यह सुनिश्चित करने के लिए संभव के रूप में उपवास के रूप में किया जाना चाहिए. फाइबर cleaving और एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत यह निरीक्षण के बाद, फाइबर अंत किसी भी मामूली खामियों को हटा रहे हैं कि यह सुनिश्चित करने के लिए मानक फाइबर lapping शीट (0.3 माइक्रोन Thorlabs LFG03P एल्यूमिनियम ऑक्साइड चमकाने पेपर) का उपयोग पॉलिश है. फाइबर अंत पॉलिश करने के लिए, यह अंत चेहरा पॉलिश किया जा रहा से लगभग 1.5 मिमी दूर फाइबर पकड़े चिमटी के साथ चिमटी की एक जोड़ी में आयोजित किया जाता है. फाइबर एक इंच लंबे समय में कागज पर तैयार की है आंकड़ा -8 के आकार का पथ, लगभग आठ बार. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत निरीक्षण के रूप में चिकनी किनारों में फाइबर परिणाम चमकाने. इसके अलावा, चमकाने एक loca के लिए उचित युग्मन की सुविधास्थानीय जगह बनाई है पहले बारी में युग्मन में और भी प्रारंभिक प्रचार दूरी में दोनों क्षीणन कम कर देता है जो फाइबर, में lized हाजिर.

हम छवि उत्पादन किरण तीव्रता को एक सीसीडी कैमरा किरण प्रोफाइलर इस्तेमाल किया. पास मैदान तीव्रता प्रोफ़ाइल एक 40x उद्देश्य का उपयोग कर लिया गया था. फाइबर की सीमाओं को खोजने के क्रम में, हम SMF630hp फाइबर से आने वाली प्रकाश की शक्ति को बढ़ाने के द्वारा सीसीडी संतृप्त. सीमाओं के संबंध में स्थानीय बीम की तीव्रता प्रोफाइल का पता लगाने के बाद, हम ऑटो जोखिम विकल्प को सीसीडी किरण प्रोफाइलर सेट. हम प्रभावी किरण त्रिज्या गणना करने के क्रम में तीव्रता प्रोफाइल की छवि का इस्तेमाल किया. परिवेश शोर के प्रभाव को दूर करने के लिए, हम SMF630hp फाइबर की उम्मीद की किरण व्यास प्राप्त करने के लिए सुनिश्चित करें कि हमारी इमेज प्रोसेसिंग प्रक्रिया calibrated. औसत मूल्य चारों ओर किरण त्रिज्या और अपनी विविधताओं का औसत मापा मूल्य nume के साथ अच्छी तरह से सहमतrical सिमुलेशन, के रूप में रेफरी में दिखाया गया है. 11. refs के रूप में दिखाया बहुलक फाइबर में उत्पादन बीम प्रोफाइल स्पष्ट रूप से घटना बीम की स्थिति में बदलाव इस प्रकार है. 11,12,13.

ऐसे स्थानीयकृत किरण की बीम त्रिज्या पर विकार साइट आकारों और घटना तरंगदैर्ध्य के रूप में डिजाइन मानकों के प्रभाव की एक व्यापक अध्ययन refs में पेश किया गया. 12,15.

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Protocol

1. एक बेक़ायदा पॉलिमर ऑप्टिकल फाइबर Fabricating

  1. एक मेज पर PMMA किस्में 200 के बारे में बिखरा हुआ है और PMMA के शीर्ष पर पीएस किस्में की संख्या में एक ही फैल गया. मिक्स और किस्में repack. PMMA के 40,000 किस्में बेतरतीब ढंग पी एस के 40,000 किस्में के साथ मिश्रित कर रहे हैं जब तक इस प्रक्रिया को दोहराएँ.
  2. के बारे में 2.5 इंच की ओर चौड़ाई के साथ एक वर्ग पहिले में बेतरतीब ढंग से मिश्रित किस्में इकट्ठे.
  3. 250 माइक्रोन की एक व्यास के साथ एक ऑप्टिकल फाइबर में पहिले ड्रा. पहिले उनके मानक प्रक्रिया 16 का उपयोग शामिल प्रतिमान प्रकाशिकी पर तैयार की है.

2. इमेजिंग बेक़ायदा फाइबर के अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल

  1. ऐसी छवि परिणामस्वरूप ऑप्टिकल फाइबर का अपवर्तनांक प्रोफाइल पर Topcon ABT के रूप में एक SEM के लिए उपयोग करें.
  2. डूब बहुलक ऑप्टिकल फाइबर के बारे में 10 मिनट के लिए तरल नाइट्रोजन में नमूने और फिर आधे में तोड़.
  3. एथिल शराब में डूब नमूनों की टूटी हुई टिप्स. केके बारे में 65 डिग्री सेल्सियस पर समाधान के ep के तापमान एथिल शराब फाइबर में PMMA साइटों घुल तक, 3 मिनट के बारे में के लिए समाधान में नमूने छोड़ दें.
  4. एक 10 एनएम मोटी एयू / पीडी की परत और SEM के कक्ष में नमूना जगह के साथ कोट प्रत्येक नमूना.

3. ऑप्टिकल विशेषता के लिए फाइबर नमूने की तैयारी

  1. 5 सेमी लंबे फाइबर नमूने तैयार करते हैं.
  2. 65 डिग्री सेल्सियस के लिए एक घुमावदार ब्लेड गर्मी, और 37 के लिए फाइबर डिग्री सेल्सियस. सही तापमान का प्रयोग cleaving प्रक्रिया में हो सकता है कि फाइबर टिप के विरूपण रोकता है.
  3. कटौती एक साफ, सीधा बनाया जा सकता है, ताकि एक काटने की सतह पर फाइबर की नोक संरेखित करें. फाइबर की ओर ब्लेड, जगह और फिर जल्दी से पार रोल.
  4. फाइबर टिप फाइबर पक्षों के लिए सीधा cleaved है सुनिश्चित करने के लिए एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग फाइबर टिप का निरीक्षण किया. Cleaving प्रक्रिया में एक सही कोण पर धार वीं के झुकाव को रोकने के लिए रखेंई टिप.
  5. फाइबर नमूने पॉलिश करने के लिए इस तरह के Thorlabs LFG03P एल्यूमिनियम ऑक्साइड चमकाने कागज (0.3 माइक्रोन) के रूप में एक चमकाने के कागज का प्रयोग करें. फाइबर अंत पॉलिश, चिमटी चेहरा पॉलिश किया जा रहा से लगभग 1.5 मिमी दूर फाइबर मनोरंजक साथ, चिमटी की एक जोड़ी में पकड़. एक इंच लंबे समय में कागज पर फाइबर आंकड़ा -8 के आकार का पथ, लगभग आठ बार ड्रा. चित्रा -8 के आकार का पथ पूरी टिप पॉलिश है कि यह सुनिश्चित करें.

4. फाइबर नमूने में प्रचारित बीम की बीम प्रोफ़ाइल मापने

  1. एक 20X उद्देश्य और दो फ्लैट दर्पण का उपयोग कर एक SMF630hp फाइबर में युगल वह-NE लेजर. स्वतंत्रता के दो डिग्री के साथ चरणों पर फ्लैट दर्पण रखें. स्वतंत्रता से तीन डिग्री के साथ एक मंच पर उद्देश्य रखें. प्रारंभ में 8 मिमी की दूरी दूर उद्देश्य सिरे से सेविंग फाइबर रखना. दर्पण धारकों और उद्देश्य धारक पर knobs का प्रयोग, फाइबर की टिप करने के लिए लेजर प्रकाश रोशन. एस के दूसरी तरफ कनेक्टएक बिजली मीटर के लिए म्यूचुअल फंड. सेविंग में युगल बिजली दर्पण धारकों पर knobs का उपयोग करने के साथ ही उद्देश्य धारक पर आड़ा knobs है. युग्मन की दक्षता काफी उद्देश्य धारक पर अनुदैर्ध्य स्थिति घुंडी का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है. 1 मेगावाट की एक युग्मित बिजली पर्याप्त मापन के लिए है.
  2. Thorlabs MAX343 मोटर चालित मंच का उपयोग बहुलक ऑप्टिकल फाइबर को युगल SMF630hp फाइबर. motorized चरण तीन कार्तीय दिशाओं में ले जाया जा सकता है. युगल बहुलक फाइबर टिप के केंद्र के लिए, स्वतंत्रता का आड़ा डिग्री सेविंग फाइबर का उपयोग करना. मंच के अनुदैर्ध्य विस्थापन का प्रयोग, बहुलक फाइबर के रूप में निकटता के रूप में संभव सेविंग फाइबर जगह है. SMF और बहुलक फाइबर के बीच एक छोटे हवा खाई बीम का विस्तार कम कर देता है. अनुदैर्ध्य दिशा में ले जाता है कि एक दूसरे motorized मंच पर पूरे सेटअप रखें. 4.4 में वर्णित किया जाएगा के रूप में दूसरा motorized मंच इमेजिंग के लिए प्रयोग किया जाता है.
  3. एक ऑप्टिकल मीटर का प्रयोगicroscope और एक समकोण आईना, सेविंग बहुलक फाइबर के केंद्र में मिलकर और दो तंतुओं के बीच हवा खाई को यथासंभव कम है कि है यह सुनिश्चित करने के लिए सेविंग और बहुलक फाइबर की स्थिति पर नजर रखने के. बहुलक फाइबर टिप में बहुलक फाइबर टिप या विकृतियों में एक छोटा सा झुकाव प्रक्रियाओं cleaving या चमकाने की वजह SMF और बहुलक फाइबर के बीच कम से कम हवा खाई को सीमित कर सकते हैं. सेविंग फाइबर बहुलक फाइबर की नोक पर चारों ओर ले जाने के लिए सक्षम होना चाहिए क्योंकि फाइबर के बीच एक छोटे से अंतराल आवश्यक है. केवल युग्मन प्रक्रिया को आसान बनाने के लिए बहुलक फाइबर के केंद्र में सेविंग रखें. प्रयोग के दौरान, transversely बहुलक फाइबर के विभिन्न क्षेत्रों में स्थानीयकरण का निरीक्षण करने बहुलक फाइबर की नोक भर SMF के बाहर आता है कि घटना किरण झाडू.
  4. एक 40X उद्देश्य का उपयोग फाइबर के उत्पादन को मापने के लिए एक सीसीडी कैमरा किरण प्रोफाइलर का प्रयोग करें. सबसे पहले, बहुलक फाइबर की सीमाओं की निगरानी के लिए सीसीडी कैमरा तर.उद्देश्य धारक पर knobs का प्रयोग, बहुलक फाइबर सीमाओं सीसीडी पर देखा जा सकता है कि सुनिश्चित करें.
  5. पूरे सेटअप (4.2 में वर्णित) अनुलंबीय, सीसीडी पर छवि सीसीडी और उद्देश्य तय कर रहे हैं, जबकि दूर या 40x उद्देश्य की दिशा में सेटअप ले जाकर केंद्रित है यकीन है कि चलता है कि एक motorized मंच का उपयोग करें. ध्यान केंद्रित करने के लिए एक मीट्रिक के रूप में, सीसीडी पर एक छवि प्रोफाइल फोकस में न्यूनतम आकार होना चाहिए. किरण की एक केंद्रित छवि नेत्रहीन समापन नहीं होना चाहिए.
  6. इनपुट नोक पर घटना किरण ले जाएँ और अलग घटना किरण पदों के लिए उत्पादन किरण तीव्रता को मापने. घटना बीम के 5 विभिन्न पदों के लिए डेटा ले लीजिए. 20 फाइबर नमूनों के मापन के लिए बाहर ले जाने और 100 अलग माप की कुल जमा.

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Representative Results

पॉलिश फाइबर के SEM छवि चित्र 1 में दिखाया गया है. फाइबर टिप के अधिकांश क्षेत्रों के लिए, पॉलिश गुणवत्ता अच्छी है, कि चित्रा 1 शो में SEM छवि. एथिल शराब समाधान, चित्रा 2, में भंग उनके सिरों के साथ फाइबर नमूनों के SEM छवि ग्रे रंग में अंधेरा और पी एस साइटों में PMMA साइटों से पता चलता है. चित्रा 2 में SEM छवि फाइबर की एक 24 माइक्रोन चौड़ाई पर में तेजी से बढ़ी है. SEM इमेजिंग के लिए, फाइबर नमूने एयू / पीडी की एक 10 एनएम मोटी परत के साथ लेपित हैं.

इस प्रयोग में इस्तेमाल किया माप सेटअप 3 चित्र में दिखाया गया है. 5 सेमी लंबाई का एक नमूना में सीसीडी किरण प्रोफाइलर द्वारा मापा उत्पादन किरण तीव्रता 4 चित्र में दिखाया गया है. तीव्रता प्रोफ़ाइल किरण अव्यवस्थित फाइबर की अनुप्रस्थ दिशा में स्थानीय है कि दिखा. तीव्रता प्रोफ़ाइल छवि के क्रम में, सीसीडी ग के परिवेश शोर सुधार विकल्प amera पर होना चाहिए. हालांकि, इस विकल्प को पूरी तरह से प्रभावी नहीं हो सकता. तीव्रता प्रोफ़ाइल छवि में कुल शोर स्तर की गणना करने के लिए, हम भी SMF630hp फाइबर और मोड क्षेत्र व्यास की तीव्रता प्रोफाइल गणना की गई imaged. एक चुने हुए शोर स्तर के लिए, मोड क्षेत्र व्यास की प्रयोगात्मक माप की सूचना निर्माता डेटा के साथ मिलान किया जाता है. शोर स्तर का एक ही मूल्य चित्रा 4 की व्याख्या के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए. स्थानीय मुस्कराते हुए एक सौ अलग अलग तीव्रता प्रोफाइल के 20 विभिन्न नमूनों के लिए बीम प्रोफाइल के एक सौ माप एक अव्यवस्थित में अनुप्रस्थ एंडरसन स्थानीयकरण दिखाने के लिए औसत निकाला जाता बहुलक फाइबर के साथ युग्मन पर आड़ा पदों में इनपुट SMF630hp फाइबर हिल द्वारा मापा जाता है रेफरी 11 में प्रस्तुत के रूप में ऑप्टिकल फाइबर.

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चित्रा 1. पॉलिश फाइबर टिप की पालिश फाइबर चेहरा. ​​SEM छवि. पॉलिश की गुणवत्ता फाइबर टिप के अधिकांश क्षेत्रों के लिए अच्छा है.

चित्रा 2
चित्रा 2. अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल. अव्यवस्थित बहुलक फाइबर का अपवर्तनांक प्रोफ़ाइल. PMMA साइटों गहरे रंग और पी एस साइटों में हैं हल्के भूरे रंग के होते हैं. छवि की चौड़ाई 24 मीटर है.

चित्रा 3
चित्रा 3. प्रायोगिक सेटअप. मापन के लिए प्रयोगात्मक स्थापना. सीसीडी कैमरा (ए) और उद्देश्य (सी) एक दूसरे के शीर्ष पर बढ़ रहे हैं. एक समकोण दर्पण (डी) उचित युग्मन सुनिश्चित करने के लिए कई कोणों से फाइबर (ई) के देखने के लिए अनुमति देता है.

चित्रा 4
4 चित्रा. तीव्रता प्रोफ़ाइल. की तीव्रता प्रोफाइल प्रचार के 5 सेमी के बाद किरण प्रचारित किया गया. छवि की चौड़ाई 250 मीटर है.

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Discussion

फाइबर ड्रॉ प्रक्रिया में, अपवर्तनांक प्रोफाइल दोनों क्योंकि मूल फाइबर किस्में क्रॉस ओवर की और इसलिए भी कि ड्रॉ प्रक्रिया में फाइबर व्यास के रूपांतरों का, एक मीटर से अधिक के लिए स्थिर नहीं रहता. हम एक अधिक स्थिर ड्रॉ प्रक्रिया यहां बताया कि के साथ तुलना में अब फाइबर लंबाई से अधिक अपरिवर्तनीय है कि एक ऑप्टिकल फाइबर के निर्माण में मदद मिलेगी कि उम्मीद है.

फाइबर टिप के SEM इमेजिंग के लिए एक नमूना तैयार करने में, हम नमूना एक लंबे समय पर्याप्त समय (~ 3 मिनट) के लिए 70% ई thyl शराब समाधान में रहता है और सही तापमान (65 डिग्री सेल्सियस) पर रहता है यह सुनिश्चित करने की जरूरत है . नमूना ज्यादा देर PMMA के ऊपर परत दूर खोदना करने के लिए आवश्यक 3 मिनट से ई thyl शराब समाधान में रहता है, फाइबर टिप बिखर सकता है.

में बहुलक फाइबर को SMF630hp फाइबर बट युग्मन, यह घटना फाइबर के रूप में बंद के रूप में संभव है कि महत्वपूर्ण है यह अव्यवस्थित फाइबर तक पहुंचने से पहले बहुलक फाइबर किरण की पर्याप्त diffractive विस्तार से बचने के लिए. हम भी युग्मन में प्रकाश के प्रकीर्णन को कम करने के लिए एक सूचकांक मिलान तरल पदार्थ का उपयोग करने की आवश्यकता है.

हम अव्यवस्थित फाइबर के अंत चेहरे पर घटना क्षेत्र बढ़ रहा उत्पादन में स्थानीय बीम की स्थिति है कि परिवर्तन को ध्यान देना चाहिए. एंडरसन स्थानीयकरण के सांख्यिकीय प्रकृति से उम्मीद के रूप में बहुलक फाइबर के विभिन्न क्षेत्रों में, हम स्थानीय किरण त्रिज्या में बदलाव का पालन. इस बदलाव से कुछ भी फाइबर अंत की पॉलिश की गुणवत्ता के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है. पॉलिश फाइबर शो के SEM छवि के रूप में, पॉलिश की गुणवत्ता फाइबर अंत के सभी क्षेत्रों में ही नहीं है. इस वजह से सीमा के, हम हम एक प्रयोग के लिए फाइबर अंत में मिल सकता है कि छोटी से छोटी स्थानीयकृत मौके का इस्तेमाल किया और फिर सबसे अच्छा स्थानीयकृत स्थल के पड़ोस में शेष मापन किया जाता है.

ontent "> परिवेश शोर निकाल रहा स्थानीयकृत किरण की बीम त्रिज्या की गणना के लिए महत्वपूर्ण है. हटा नहीं है, परिवेश शोर सीसीडी किरण प्रोफाइलर छवियों की किरण त्रिज्या की गणना में कोई त्रुटि हो सकती है. हम करने के लिए हमारे विश्लेषण calibrated हम 633 एनएम तरंगदैर्ध्य SMF630hp फाइबर के लिए लगभग 4 मीटर की किरण व्यास का सही मूल्य प्राप्त करने के लिए सुनिश्चित करें कि.

दोषरहित सामग्री के लिए रेफरी 11,12 में बहुलक अव्यवस्थित फाइबर में प्रकाश स्थानीयकरण के संख्यात्मक मॉडलिंग लहर पूरी तरह से सत्ता में किसी भी क्षीणन बिना फाइबर की अनुप्रस्थ दिशाओं में सीमित किया जा सकता है दिखाता है. दूसरी ओर, हमारे फाइबर में सामग्री अवशोषण काफी है और फाइबर क्षीणन 0.5 के स्तर पर है - 1.0 डीबी / सेमी. हम नुकसान सिलिका आधारित अव्यवस्थित फाइबर में काफी कम होने की उम्मीद है.

भविष्य में, हम निर्माण जनसंपर्क में सुधार के द्वारा अव्यवस्थित फाइबर के नुकसान के गुणों में सुधार की आशाocedure (उदाहरण के लिए एक अधिक स्थिर ड्रॉ प्रक्रिया) और भी कम नुकसान घटकों का उपयोग कर. आदर्श अव्यवस्थित ऑप्टिकल फाइबर 50% अनुपात में यादृच्छिक हवाई छेद के साथ कांच से बना होगा. हम रेफरी. 12 में दिखाया गया है, हम उम्मीद स्थानीयकृत किरण त्रिज्या के कम रूपों में दो सामग्री परिणामों की अपवर्तक अनुक्रमित में बड़ा अंतर है. हमने हाल ही में 17. रेफरी में अव्यवस्थित हवा छेद साइटों के साथ ग्लास ऑप्टिकल फाइबर में हमारा पहला परिणाम प्रस्तुत किए और कांच आधारित अव्यवस्थित फाइबर में भविष्य प्रगति की आशा है.

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Disclosures

लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.

Acknowledgments

इस शोध राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन से अनुदान संख्या 1029547 द्वारा समर्थित है. लेखकों प्रारंभिक फाइबर क्षेत्रों और अंतिम ऑप्टिकल फाइबर के redrawing प्रदान करने के लिए प्रतिमान प्रकाशिकी इंक से डीजे Welker स्वीकार करना चाहते हैं. लेखक भी स्टीवन हार्डकैसल और SEM इमेजिंग के लिए हीथ ए ओवेन को स्वीकार करते हैं.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
poly (methyl methacrylate) (PMMA)  
polystyrene (PS)  
70% ethyl alcohol solution at 65 °C  

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References

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Karbasi, S., Frazier, R. J., Mirr, C. R., Koch, K. W., Mafi, A. Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light. J. Vis. Exp. (77), e50679, doi:10.3791/50679 (2013).

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