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Engineering

डिजाइन और एक ऑप्टिकल फाइबर का निर्माण पानी से बना

Published: November 8, 2018 doi: 10.3791/58174
Automatic Translation
1, 2, 3, 4
1Department of Nanoscience and Nanotechnology, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI), Technion - Israel Institute of Technology, 2Department of Material Sciences and Engineering, MIT, 3Centro de Tecnologia Nanofotónica, Universitat Politècnica de València, 4Department of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology

Summary

इस प्रोटोकॉल एक पानी फाइबर के रूप में डिजाइन और एक पानी पुल और उसके सक्रियण के निर्माण का वर्णन । प्रयोग दर्शाता है कि पानी फाइबर की केशिका अनुनादों अपने ऑप्टिकल संचरण मिलाना ।

Abstract

इस रिपोर्ट में, एक ऑप्टिकल फाइबर जिसमें से कोर केवल पानी की है, जबकि cladding हवा है, बनाया गया है और निर्मित है । ठोस cladding उपकरणों के साथ इसके विपरीत, केशिका दोलनों प्रतिबंधित नहीं कर रहे हैं, फाइबर दीवारों को स्थानांतरित करने के लिए अनुमति देता है और कांपना. फाइबर एक पानी पुल के रूप में जाना जाता है कि एक अस्थायी पानी धागा बनाता है कि दो पानी जलाशयों के बीच कई हजार वोल्ट (केवी) के एक उच्च प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) वोल्टेज से निर्माण किया है. micropipettes के विकल्प के माध्यम से, यह अधिक से अधिक व्यास और फाइबर की लंबाई को नियंत्रित करने के लिए संभव है । ऑप्टिकल फाइबर युग्मक, पुल के दोनों किनारों पर, एक ऑप्टिकल waveguide के रूप में सक्रिय, शोधकर्ताओं ने पानी फाइबर केशिका शरीर तरंगों संचरण मॉडुलन के माध्यम से निगरानी करने के लिए अनुमति देता है और इसलिए, सतह तनाव में परिवर्तन को कम करने.

सह-शोधन दो महत्वपूर्ण तरंग प्रकार, केशिका और विद्युत चुंबकीय, प्रकाश और तरल दीवार उपकरणों के बीच बातचीत में अनुसंधान के एक नए रास्ते को खोलता है । पानी घिरी microdevices एक लाख बार अपने ठोस समकक्षों से नरम हैं, तदनुसार मिनट बलों के जवाब में सुधार ।

Introduction

संचार में ऑप्टिकल फाइबर की सफलता के बाद से, २००९ में एक नोबेल पुरस्कार के साथ संमानित किया1, फाइबर की एक श्रृंखला आधारित अनुप्रयोगों के साथ वृद्धि हुई । आजकल, फाइबर लेजर सर्जरी में एक आवश्यकता है2, के रूप में अच्छी तरह के रूप में सुसंगत एक्स-रे जनरेशन3,4, निर्देशित-5 ध्वनि और6supercontinuum । स्वाभाविक रूप से, फाइबर प्रकाशिकी पर अनुसंधान ऑप्टिकल वेव मार्गदर्शक, जहां तरल भरा microchannels और लामिना प्रवाह ऑप्टिकल के लाभ के साथ एक तरल के परिवहन गुण गठबंधन के लिए तरल पदार्थ का दोहन करने में ठोस उपयोग से विस्तार पूछताछ7,8,9. हालांकि, इन उपकरणों ठोस के बीच तरल दबाना और, इसलिए, यह अपनी लहर चरित्र, केशिका लहर के रूप में जाना व्यक्त करने के लिए न करे ।

केशिका तरंगों, एक तालाब में एक पत्थर फेंक जब देखा उन लोगों के लिए इसी तरह, प्रकृति में एक महत्वपूर्ण लहर हैं । हालांकि, चैनलों या ठोस के माध्यम से अपनी सतह गीला बिना एक तरल को नियंत्रित करने की बाधाओं के कारण, वे शायद ही पता लगाने या आवेदन के लिए उपयोग किया जाता है । इसके विपरीत, इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत डिवाइस कोई ठोस सीमाएं हैं; यह से घिरा हुआ है और हवा में बहती है, की अनुमति है, इसलिए, केशिका तरंगों को विकसित करने के लिए, प्रचार, और प्रकाश के साथ बातचीत ।

एक पानी फाइबर बनाना, यह एक अस्थायी पानी पुल के रूप में जाना जाता तकनीक को वापस जाने के लिए आवश्यक है, पहले १८९३10में बताया, जहां आसुत पानी से भरे दो यूरिन और एक उच्च वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होगा एक द्रव, पानी धागे की तरह फार्म उंहें11के बीच कनेक्शन । पानी पुलों 3 सेमी12 की लंबाई तक पहुँच सकते हैं या 20 एनएम13के रूप में पतली हो । भौतिक मूल के लिए के रूप में, यह है कि सतह तनाव, साथ ही अचालक बलों, दोनों पुल का वजन14,15,16ले जाने के लिए जिंमेदार है दिखाया गया है । एक पानी फाइबर के रूप में पानी के पुल को सक्रिय करने के लिए, हम कुछ प्रकाश में एक adiabatically पतला सिलिका फाइबर के साथ17,18 और एक सिलिका फाइबर लेंस19के साथ बाहर. इस तरह के एक उपकरण ध्वनिक, केशिका, और ऑप्टिकल तरंगों को होस्ट कर सकते हैं, यह बहु के लिए लाभप्रद बनाने-वेव डिटेक्टरों और प्रयोगशाला पर चिप20,21,22 अनुप्रयोगों ।

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Protocol

चेतावनी: इस प्रयोग में उच्च वोल्टेज शामिल है । यह पाठक की जिंमेदारी है कि सुरक्षा अधिकारियों के साथ सत्यापित करने के लिए कि उनके प्रयोग उच्च वोल्टेज पर मोड़ से पहले नियमों के बाद ।

नोट: ध्रुवीय तरल के किसी भी तरह के इथेनॉल, मेथनॉल, एसीटोन, या पानी के रूप में तरल फाइबर, उत्पादन का उपयोग किया जा सकता है । तरल का ध्रुवीकरण स्थिरता और बनाए गए फाइबर के व्यास तय करती है23,24. सर्वोत्तम परिणामों के लिए, 18 MΩ प्रतिरोध के साथ पानी का उपयोग करें । ऑप्टिकल फाइबर और प्रकाश सूत्रों के रूप में, इस तरह का चयन करने से पहले, पानी में एक कम अवशोषण सुनिश्चित करने के लिए साहित्य को परामर्श/वांछित ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर तरल फाइबर. प्रोटोकॉल जल जलाशय (चरण ४.५) भरने से पहले किसी भी क्षण में रोका जा सकता है ।

1. जल जलाशयों और प्रायोगिक स्टेशन की तैयारी

  1. पिपेट और उच्च वोल्टेज के लिए चुंबकीय connectors के साथ दो पाली (मिथाइल methacrylate) (पीएमएमए) जलाशयों का निर्माण, चित्रा 1के अनुसार ।
    1. दो पीएमएमए प्लेटों को ६० x ५० x 10 मिमी आकार में काटें, 8 मिमी की गहराई में ड्रिल करें और प्लेटों की पीठ पर व्यास में 7 मिमी. गुहाओं के अंदर गोंद संबंधक मैग्नेट ।
    2. केशिका क्लैंप के लिए, यह के शीर्ष पक्ष पर ४५ x 10 x 2 मिमी और गोंद दो मैग्नेट के लिए पीएमएमए की एक धारी काट ।
    3. बिजली संबंधक के लिए, धातु पंनी का एक छोटा सा टुकड़ा में लपेटो मैग्नेट और यह बिजली मगरमच्छ clamps के साथ उच्च वोल्टेज (एचवी) स्रोत के लिए कनेक्ट । जलाशयों लगभग १००-३०० µ पानी की एल पकड़ । जलाशय में पानी के साथ द्रवित संपर्क में लिपटे मैग्नेट प्लेस ।
      नोट: अधिमानतः, clamps और उच्च वोल्टेज के लिए चुंबकीय connectors का उपयोग करें । यदि संभव हो तो, गोंद के किसी भी प्रकार का उपयोग करने के लिए clamps या connectors देते हैं, के रूप में गोंद के कई प्रकार के उच्च वोल्टेज के प्रभाव में या बिजली के आर्क्स की उपस्थिति में भंग और पानी फाइबर स्थिरता या ऑप्टिकल गुणवत्ता कम नहीं है ।
  2. एक 5 डिग्री-की-स्वतंत्रता (DOF) माइक्रो पोजिशनिंग स्टेज पर एक पीएमएमए जलाशय माउंट ।
  3. अच्छी तरह से isopropanol (वर्णक्रमीय ग्रेड) के साथ सभी connectors और क्षेत्रों साफ पानी के द्वारा पीछा किया । नाइट्रोजन के साथ ब्लो-ड्राई । कवर पीएमएमए जल जलाशय और polytetrafluoroethylene (PTFE) टेप के साथ सभी clamps किसी भी लीक या पानी से टपकता से बचने के लिए ।
  4. स्थिति सेट अप इमेजिंग के लिए एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत । दूर क्षेत्र के उद्देश्यों का उपयोग करें (5x, ०.१४ na, और लंबे पानी के तंतुओं और 20X, ०.४२ एनए के लिए ३४ mm wd, और 20 मिमी wd लेंस कम पानी फाइबर के लिए) पानी फाइबर के एचवी क्षेत्र के बीच अवांछित जमीन से बचने के लिए और विद्युत प्रवाहकीय माइक्रोस्कोप सेट अप.
  5. रैखिक संक्रमणकालीन चरणों पर दो ऑप्टिकल फाइबर clamps, प्रत्येक पानी जलाशय के पीछे एक, चित्रा 1के अनुसार सेट करें । प्रत्येक फाइबर युग्मक अपने micropipette के भीतर वापस और आगे जाने के लिए सक्षम होना चाहिए (निम्न अनुभाग में चर्चा की).

2. Micropipettes और वोल्टेज का चयन

  1. micropipette के भीतरी व्यास गढ़े पानी फाइबर की एक अधिकतम त्रिज्या सुनिश्चित करता है । एक 5-µm त्रिज्या पानी फाइबर बनाने के लिए, उपयोग १५०-µm-इनर-व्यास पिपेट, १२५-µm व्यास ऑप्टिकल फाइबर के साथ जोड़ा । मोटा (20-90 µm) और लंबे समय तक (८००-१,००० µm) पानी के तंतुओं के लिए, ८५० µm के एक भीतरी व्यास के साथ micropipettes का उपयोग करें ।
    नोट: अंगूठे का एक नियम के रूप में, पानी फाइबर अधिकतम लंबाई 25 से अधिक से अधिक त्रिज्या गुणा करके अनुमान लगाया गया है । विवरण के लिए, तालिका 1देखें ।
    1. 3 सेमी की लंबाई के लिए एक किनारे पर हाथ से micropipette तोड़ ।
  2. ११० µm तक के व्यास वाले जल तंतु बनाने के लिए, १.५ केवी और 3 केवी के बीच दो जल जलाशयों के बीच एक वोल्टेज लागू करें । पानी के तंतुओं के लिए लंबाई में एक मिलीमीटर तक पहुंचने के लिए, 8 केवी तक लागू होते हैं । बिजली के तारों के सुझावों के लिए चित्रा 1 के साथ तुलना करें ।

3. ऑप्टिकल युग्मकों की तैयारी

नोट: सबसे अच्छा संचरण परिणाम के लिए, एक एकल मोड पतला फाइबर पानी फाइबर में लेजर प्रकाश शुरू करने के लिए और उत्पादन युग्मक के रूप में एक उच्च बहुपद्वति reflow फाइबर लेंस का उपयोग (कोर > १०० µm). हालांकि, आसान ऑपरेशन के लिए, उत्पादन युग्मक के रूप में एक कम बहुपद्वति फाइबर का उपयोग करें (उदाहरण के लिए, एक ७८०-एनएम तरंग दैर्ध्य के लिए एक १५५० एनएम एकल-मोड फाइबर).

  1. एक पतला फाइबर युग्मक का निर्माण
    नोट: चित्र 2देखें.
    1. पट्टी ७८०-एनएम एकल मोड फाइबर के साथ एक फाइबर खाल उधेड़नेवाला इसके प्लास्टिक cladding से एक क्षेत्र का पर्दाफाश करने के लिए 10-15 मिमी के नंगे फाइबर. एसीटोन के साथ संयोजन में नाजुक कार्य पोंछे के साथ उजागर क्षेत्र साफ । यह पतला करने से पहले वांछित micropipette के माध्यम से फाइबर दर्रा । एक ढलान के साथ एकल मोड मानदंड के नीचे फाइबर 1/20 से छोटे शंकु ।
    2. १४० मिलीलीटर/मिनट की एक प्रवाह दर के साथ फाइबर पतला के लिए एक हाइड्रोजन लौ का प्रयोग करें, जबकि एक साथ दोनों पक्षों से ०.०६ mm पर शंकु खींच/
      नोट: पतला भाग 6 से 9 मिमी के बीच कुल में है । एकल-मोड मापदंड तक पहुँचने से पहले फाइबर टूटता है, तो उच्च दर करने के लिए हाइड्रोजन प्रवाह को समायोजित या मशाल की एक hotter क्षेत्र में फाइबर जगह है । यदि क्षेत्र अब है, हाइड्रोजन प्रवाह को समायोजित दर कम या मशाल की एक ठंडा क्षेत्र में फाइबर जगह है ।
    3. लौ बंद करो और ध्यान से फाइबर में तनाव में वृद्धि जब तक यह अपने पतले स्थान पर टूट जाता है । इनपुट युग्मक के रूप में इस पतला फाइबर का प्रयोग करें ।
      सावधानी: पतला फाइबर नाजुक है ।
  2. एक फाइबर लेंस युग्मक का निर्माण
    1. एक फाइबर खाल उधेड़नेवाला के साथ १५५०-एनएम एकल मोड फाइबर टिप पट्टी और एसीटोन के साथ संयोजन में नाजुक कार्य पोंछे के साथ उजागर क्षेत्र साफ । चुनें और ऊपर वर्णित के रूप में एक पिपेट तैयार है और इसके माध्यम से फाइबर पारित ।
    2. 15 में एक इलेक्ट्रिक संलयन ब्याह या सह2 लेजर के साथ टिप हीट-डब्ल्यू पावर, एक २०० मिमी लेंस के माध्यम से ध्यान केंद्रित, जब तक ग्लास फाइबर अंत तरल हो जाता है और एक थोड़ा गोल आकार रूपों, एक फाइबर लेंस के रूप में जाना जाता है ।

4. कोडांतरण

  1. अगर अभी तक नहीं किया है, इच्छित micropipettes में फाइबर युग्मकों डालें ।
  2. micropipette क्लैंप, निर्मित, चुंबकीय पीएमएमए क्लैंप का उपयोग कर, पीएमएमए जलाशयों पर फाइबर युग्मकों के साथ. micropipettes के गैर पतला पक्ष को पानी के जलाशय में पहुंचना चाहिए । एक रैखिक पोजीशनिंग मंच पर फाइबर युग्मकों में से प्रत्येक दबाना ।
  3. एक ७८० एनएम के लिए पतला फाइबर युग्मक कनेक्ट, सतत तरंग, फाइबर-10 मेगावाट लेजर स्रोत और फाइबर लेंस युग्मक एक बिजली मीटर के लिए युग्मक । जलाशय को पानी से भर दें और यह सुनिश्चित करें कि micropipette में कोई हवा के बुलबुले न फंसें । यदि आवश्यक हो, धक्का या उंहें ऑप्टिकल फाइबर युग्मक के साथ खींच (३.१ कदम से या, तदनुसार, ३.२ कदम से) ।
    नोट: इस स्तर पर, ऑप्टिकल पथ के बाद, स्टेशनों रहे हैं: लेजर प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल फाइबर, (और इस फाइबर के माध्यम से चला जाता है) फाइबर एक रैखिक मंच पर दबाना, बिजली के कनेक्शन के साथ जलाशय में पानी, पानी से भरा micropipette, ऑप्टिकल पतला फाइबर युग्मक, मुक्त अंतरिक्ष (बाद में: पानी फाइबर), फाइबर लेंस युग्मक (अब दूसरा फाइबर), पानी से भरा micropipette, बिजली के कनेक्शन के साथ पानी जलाशय, एक रैखिक मंच पर फाइबर दबाना, और, अंत में, बिजली मीटर.
  4. micropipettes के बीच एक द्रवित संपर्क स्थापित करने के लिए पीएमएमए जल जलाशय के 5-degre-ऑफ-फ्रीडम माउंट का समायोजन करके घुड़सवार micropipettes के सिरों को कनेक्ट करें । प्रकाश स्रोत और बिजली मीटर चालू करें । 5-DOF पीएमएमए जल जलाशय माउंट की मदद से एक संचरण के लिए फाइबर युग्मकों को समायोजित करें ।
    नोट: उपयुक्त लेज़र सुरक्षा उपकरणों का उपयोग करें ।
  5. पीएमएमए जल जलाशय में चुंबकीय समकक्षों पर धातु पन्नी में लिपटे चुंबकीय connectors रखने और धातु पंनी के लिए मगरमच्छ clamps संलग्न द्वारा पानी जलाशय के साथ उच्च वोल्टेज बिजली से कनेक्ट । एचवी स्रोत (चित्रा 2a) के लिए बिजली के तारों के माध्यम से मगरमच्छ clamps कनेक्ट ।

5. प्रयोग चल रहा है

  1. वोल्टेज के लिए इच्छित मान बढ़ाएँ । एक बहुत ही छोटा और संकीर्ण पुल के लिए एक प्रारंभिक बिंदु १.५ केवी है । १०० µm और लंबाई में अधिक के साथ स्थिर पुलों २.५-3 केवी के साथ प्राप्त किया जा सकता है ।
  2. धीरे micropipettes (चित्रा 2 बी और 2c) के विकल्प के अनुसार वांछित लंबाई करने के लिए micropipettes के बीच की दूरी बढ़ाएँ. 5-DOF चरण और 1-DOF चरणों ऑप्टिकल संचरण का अनुकूलन करने के साथ युग्मकों और पिपेट समायोजित करें ।
  3. बिजली मीटर पर एक माप ले रही है और युग्मित-बाहर लेजर शक्ति के लिए मिलकर के अनुपात लेने के द्वारा युग्मन दक्षता उपाय ।
  4. बिजली मीटर डिस्कनेक्ट और आउटपुट फाइबर युग्मक करने के लिए एक photoreceiver कनेक्ट. photoreceiver को किसी आस्टसीलस्कप से कनेक्ट करें । रिकार्ड समय संचारित प्रकाश की माप का पता लगाने, केशिका पानी फाइबर दोलनों का प्रतिनिधित्व ।
  5. आवृत्ति डोमेन के लिए तेजी से रूपान्तर परिवर्तन के माध्यम से समय ट्रेस माप कन्वर्ट. केशिका गुणवत्ता कारक प्राप्त करने के लिए आधा अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई से अधिक केंद्रीय आवृत्ति ले लो ।
    नोट: आवृत्ति घबराना के लिए जाँच करने के लिए एक spectrogram बनाएँ ।
  6. पानी फाइबर की ज्यामितीय संरचना को चिह्नित करने के लिए शीर्ष दृश्य माइक्रोस्कोप सेट-अप का उपयोग करें । फाइबर त्रिज्या पानी फाइबर के पतले हिस्से में प्राप्त की है ।

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Representative Results

एक उच्च बहुपद्वति फाइबर के लिए एक पानी फाइबर से युग्मन दक्षता ५४%25,26के रूप में उच्च के रूप में हो सकता है । युग्मन दक्षता एक एकल-मोड फाइबर करने के लिए 12%25,26तक है । पानी फाइबर के रूप में व्यास में १.६ µm के रूप में पतली हो सकता है और ४६ µm की लंबाई (चित्रा 3)25,26हो सकता है, या वे ४१ µm (चित्रा 3)25,26के एक व्यास के साथ लंबाई में १.०६४ मिमी तक हो सकता है । संचरण spectrogram पानी फाइबर की केशिका दोलन, एक गिटार स्ट्रिंग के समान (चित्रा 4)25,26से पता चलता है. केशिका गुणवत्ता कारकों के रूप में उच्च के रूप में 14 लंबे फाइबर के लिए अनुमानित थे25,26। पानी के पुलों पर सिद्धांत को ध्यान में रखते हुए, यह सतह तनाव और अचालक बल25,26के बीच अनुपात का अनुमान है संभव है ।

Figure 1
चित्रा 1: सेट अप के योजनाबद्ध । (क) यह चित्रण पानी फाइबर प्रयोगात्मक सेट अप से पता चलता है. (ख) इस स्केच पानी जलाशय, बिजली संबंधक, और पिपेट दबाना दिखाता है । (ग) इस पैनल के आम ठोस के साथ तुलना में पानी की दीवारों waveguide शीतलता से पता चलता है । यह आंकड़ा Douvidzon एट अल से हिस्से में reproduced है । 25 , 26. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्र 2: सेट अप तस्वीरें । (क) यह पैनल 5-DOF माउंट पर पीएमएमए-जल जलाशय को दिखाता है । पीएमएमए-पिपेट दबाना, micropipette, ऑप्टिकल फाइबर, और बिजली संबंधक के साथ । (ख) इस पैनल से पता चलता है कि micropipettes के बीच एक द्रविक संपर्क बनाया जाता है. (ग) इस पैनल से पता चलता है कि एक पानी फाइबर स्थापित करने के लिए micropipettes के बीच की दूरी बढ़ जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: जल फाइबर लक्षण वर्णन । (क) यह पैनल एक पानी फाइबर से अधिक 1 मिमी से पता चलता है. अगले दो पैनलों शो (ख) एक माइक्रोन पैमाने पर पतली पानी फाइबर, (ग) सतह पानी फाइबर तरल चरण सीमा पर केशिका तरंगों के कारण बिखरने । (घ) इस पैनल के पानी फाइबर एक फ्लोरोसेंट डाई माप द्वारा पुष्टि की मात्रा के माध्यम से प्रकाश का प्रसार दिखाता है । यह आंकड़ा Douvidzon एट अल से reproduced है । 25 , 26. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: प्रयोगात्मक पानी फाइबर "गिटार-स्ट्रिंग" मोड को मापने. (क) यह पैनल एक समय ट्रेस माप दिखाता है. (ख) एक उतार-चढ़ाव स्पेक्ट्रम एक मौलिक विधा का पता चलता है और, पूर्णांक गुणा पर, इसके तीन स्वर (डैश लाइनें) । (ग) इस पैनल वोल्टेज बदलने के साथ एक ०.९४ मिमी लंबी फाइबर के एक अस्थिरता spectrogram से पता चलता है और, तदनुसार, फाइबर व्यास बदलने, वोल्टेज के साथ पहले लगातार, फिर वृद्धि हुई है, और अंत में, कमी आई. रंग कोड संचरण का वर्णन करता है । (घ) यह पैनल फाइबर व्यास के एक समारोह के रूप में एक सैद्धांतिक भविष्यवाणी (धराशायी लाइन) के साथ फाइबर की मौलिक आवृत्ति से पता चलता है. क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर त्रुटि सलाखों के आठ लगातार, २५०-ms-केंद्रीय आवृत्ति और उसके इसी फाइबर व्यास के अलग माप की अनिश्चितता का प्रतिनिधित्व करते हैं । सभी पैनलों के लिए, फाइबर लंबाई ०.९४ mm है और दोलन ऑप्टिकली एक photodetector के साथ पूछताछ की है । व्यास माइक्रोस्कोप के माध्यम से मापा जाता है । यह आंकड़ा Douvidzon एट अल से reproduced है । 25 , 26. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

पानी फाइबर पिपेट के आंतरिक व्यास
लम्बाई [µm] त्रिज्या [µm] संभावित [V] शंकु पक्ष [µm] लेंस साइड [µm]
अंजीर. 1b ८३० ५१ ६००० ८५० ८५०
अंजीर. 2a १०६४ २०.५ ६००० ८५० ८५०
अंजीर. b बी ४६ १.६-०.८ १५०० १५० ८५०
अंजीर. 2c ८२० ३२.५ ५००० ८५० ८५०
अंजीर 2d ११० ४.७५ ३००० १५० १५०
अंजीर .3 ९४० 20-90 ३०००-८००० ८५० ८५०
अंजीर .4 24-73 २.७-3 २५०० १५० ८५०

तालिका 1: पानी फाइबर की लंबाई और त्रिज्या. इस तालिका बिजली की क्षमता और पिपेट व्यास के संबंध में पानी फाइबर की लंबाई और त्रिज्या से पता चलता है । इस तालिका Douvidzon, एट अल से reproduced है । 25.

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Discussion

केशिका, ध्वनिक, और ऑप्टिकल: समाप्त करने के लिए, प्रमुख लाभ और इस तकनीक की विशिष्टता तरंगों के तीन विभिन्न प्रकार के मेजबान है जो एक फाइबर पैदा कर रहा है । सभी तीन लहरों अलग शासनों में झूलती, बहु तरंग डिटेक्टरों के लिए संभावना खोलने । एक उदाहरण के रूप में, हवाई नैनोकणों तरल पदार्थ की सतह तनाव को प्रभावित करते हैं । पहले से ही वर्तमान अवस्था में, यह केशिका eigenfrequency में बदलाव के माध्यम से सतह तनाव में परिवर्तन की निगरानी करने के लिए संभव है । इसके अतिरिक्त, पानी की दीवारों उपकरणों उनके ठोस समकक्षों से एक लाख बार नरम कर रहे हैं, तदनुसार सेंसर की संवेदनशीलता में सुधार ।

इस सेट अप के साथ अनुभव के आधार पर, हम संकेत करने वाली शोर अनुपात और ऑप्टिकल युग्मकों की गुणवत्ता पर एक उच्च निर्भरता देखा । इसलिए, यह ऑप्टिकल युग्मकों के निर्माण के करीब ध्यान देने की सिफारिश की है । एक मछलीघर सेट अप पर विचार करने के लिए एक धूल मुक्त पतला स्टेशन और पानी फाइबर सेट अप के लिए वातावरण सुनिश्चित करने के लिए । इसके अलावा, प्रयोग के निष्पादन को तोड़ने या पतला फाइबर युग्मक यांत्रिक या एक बिजली के चाप के माध्यम से हानिकारक का खतरा शामिल है । उस मामले में, ऑप्टिकल संचरण ड्रॉप कर सकते हैं और इस हद तक कि फाइबर की केशिका मोड अब spectrogram में दिखाई दे रहे हैं शोर हो.

यदि केशिका तरंगों संचरण माप में दिखाई नहीं दे रहे हैं, युग्मकों remanufacture । इसके अतिरिक्त, पानी फाइबर और ऑप्टिकल फाइबर युग्मक एक दूसरे को आकर्षित नहीं करते । इष्टतम संचरण के लिए सेट अप समायोजन पानी फाइबर थोड़ा तिरछा, यांत्रिक रूप से पानी फाइबर के अंदर पतला फाइबर युग्मक प्रेस करने के लिए डाल की आवश्यकता हो सकती है.

इस सेट में एक और बाधा के बारे में पता होना करने के लिए पानी की महत्वपूर्ण विद्युत प्रतिरोधकता है । तरल में आयनों की भी छोटी मात्रा में पुल के पतन का कारण होगा । यदि पानी फाइबर छोटे और कम स्थिर से उंमीद है, पानी की एक संदूषण कारण हो सकता है । पानी को 18 MΩ साफ कमरे के पानी से बदलें । इसके अतिरिक्त, उच्च वोल्टेज के पानी फाइबर, जो भंग और अस्थिरता के लिए योगदान के आसपास में हवा कणों का आरोप लगाया आकर्षित करती है । इस मामले में, एक बंद चैंबर पानी फाइबर दीर्घायु को बेहतर बनाने में मदद मिलेगी ।

इस सेट के एक उत्कृष्ट पहलू यह है कि किसी भी ध्रुवीय तरल के लिए एक तरल फाइबर बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है, हालांकि पानी के लंबे समय तक बनाने के लिए जाना जाता है, साथ ही, के रूप में अच्छी तरह से, बुद्धिमान, सबसे स्थिर पानी फाइबर । यह विभिंन अनुप्रयोगों के लिए अंय तरल पदार्थ पर विचार दिलचस्प है । एक तरल या फिटिंग चिपचिपापन, सतह तनाव, या ऑप्टिकल गुणों के साथ ध्रुवीय तरल पदार्थ का मिश्रण करने के लिए पानी स्विचन शोधकर्ताओं ने अपनी मांगों के लिए बिल्कुल फाइबर ट्रिम करने के लिए अनुमति देता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध को इजरायल के विज्ञान, प्रौद्योगिकी एवं अंतरिक्ष मंत्रालय ने समर्थन दिया था; ICore: इजरायल के उत्कृष्टता केंद्र ' प्रकाश के सर्किल ' अनुदान no. 1802/12, और इजरायल विज्ञान फाउंडेशन द्वारा अनुदान नहीं 2013/15 । लेखक करेन अडिए Tankus (कैट) सहायक संपादन के लिए धंयवाद ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Deioniyzed Water 18MOhm resistance
Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 850 micron Produstrial.com #133260
Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 150 micron Produstrial.com #133258
High voltage, low current source, 3kV with 5 mA. Bertan Model 215
High voltage, low current source, 8 kV with 0.25 mA. Home build
Optical fiber Corning HI 780 C 5 meter
Optical fiber Thorlabs FTO 30 5 meter
Optical fiber Thorlabs FTO 30 5 meter
Fiber coupled laser FIS SMF 28E
Photoreceiver New Port/ New Focus 1801-FS with fiber connection
Oscilloscope Agilent Technologies DSO-X 3034A
2 Degree of freedom tilt stagestage New Port/ New Focus M-562F-TILT
3 Degree of freedom linear micro translation stage New Port/ New Focus M-562F-XYZ
A set of magnets
Objective 5X Mitutoyo MY5X-802
Objective 20 x Mitutoyo MY20X-804
Zoom Navitar 12x Zoom
Microscope tube Navitar 1-6015 standard tube
Isopropanol Sigma Aldrich 67-63-0 Spec Grad
2 x Bare Fiber holder Thorlabs T711-250
2 x Translational Stage Thorlabs DT12
Block of PMMA for fabricating the water reservoir and pipette holder 150 x 60 x 10 mm
PTFE-Tape Gufero 240453
Fiber coupled, cw Laser Light Source New Port/ New Focus TLB-6712 765-781 nm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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अभियांत्रिकी अंक १४१ फाइबर प्रकाशिकी सूक्ष्म प्रकाशिकी optofluidics optomechanics एमईएमएस MECS optocapillaries
डिजाइन और एक ऑप्टिकल फाइबर का निर्माण पानी से बना
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Douvidzon, M. L., Maayani, S., Martin, L. L., Carmon, T. Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water. J. Vis. Exp. (141), e58174, doi:10.3791/58174 (2018).

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