تصنيع 1-D الضوئية التجويف البلوري على ألياف نانوية عن طريق الاجتثاث التي يسببها الليزر الفيمتو ثانية

نقدم بروتوكول لافتعال 1-D تجاويف الكريستال الضوئية على ألياف السيليكا قطر subwavelength (ألياف النانو البصرية) باستخدام الفيمتو ثانية الاجتثاث التي يسببها الليزر.

الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار التصنيع البصري لتجويف بلوري ضوئي أحادي البعد على ألياف ضوئية مدببة مع نفايات قطرها الطول الموجي الفرعي. النقطة الأساسية في طريقتنا هي تصنيع آلاف المبدعين النانويين التجريبيين أو الألياف النانوية ، لكنني أعتقد أنها مجرد جزء ليزر واحد ، وتعمل البنية النانوية التي تم إنشاؤها في النهاية كتجويف بلوري ضوئي أحادي البعد ، والذي قد يفتح إمكانيات جديدة للنانوفوتونيات وعلوم المعلومات الكمومية. أحد الجوانب الأساسية لهذا العمل هو أن الألياف النانوية نفسها تعمل كعدسة أسطوانية وتركز شعاع الليزر على سطحها الجانبي.

علاوة على ذلك ، فإن تمييز التصنيع يجعله محصنا ضد أي عدم استقرار ميكانيكي أو أي عيوب تصنيع أخرى. قراءة الصوت هي إجراء مع Jamesh Keloth ، طالب دراسات عليا من مختبري. سيتم إنتاج الألياف النانوية للتصنيع باستخدام جهاز تجاري.

يتم تسخين الألياف بلهب الهيدروجين الأكسودي من هذه الفوهة. يتم سحب الألياف بمراحل آلية لإنتاج قسم مدبب. يراقب الكمبيوتر الإرسال عبر الألياف باستخدام مدخلات من ليزر مسبار وصمام ثنائي ضوئي.

سيتم تصنيع الألياف النانوية من طول الألياف المثلى أحادية الوضع ، يبلغ طولها حوالي 210 ملم. سيتطلب إنتاج الألياف النانوية معدات أخرى. للبدء ، احصل على أداة إزالة الألياف ، ومصدر للميثانول ، ومناديل غرف الأبحاث.

أيضا ، لديك خزان من الأسيتون يمكن غمر الألياف أحادية الوضع فيه. لمنع الغبار من التجمع على الألياف النانوية ، كن مستعدا لعزله بسرعة. في هذه التجربة ، سيتم تركيب الألياف النانوية في حامل الألياف النانوية هذا باستخدام الايبوكسي القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية.

يمكن إغلاق الحامل باستخدام الغطاء العلوي المطلي بالزجاج. ابدأ بطول الألياف أحادية الوضع واستخدم أداة إزالة الألياف لإزالة خمسة ملليمترات من غلاف البوليمر من كل طرف. اغمس غرفة نظيفة في الميثانول واستخدمها لتنظيف الأطراف.

بعد ذلك ، اغمر الألياف بين الطرفين في خزان الأسيتون. احتفظ بها هناك لمدة 10 إلى 15 دقيقة حتى تسقط سترة الألياف. عندما تسقط سترة الألياف ، قم بإزالة الألياف من الأسيتون وتنظيف الألياف بأكملها بمسح غرفة نظيفة مغموسة في الميثانول.

للخطوات التالية ، خذ الألياف إلى جهاز الألياف النانوية التجاري. يتم تثبيت هذه الألياف على محركات الأقراص الآلية وجاهزة لبدء التصنيع. أغلق الجهاز وابدأ تشغيل ليزر المسبار لمراقبة ناقل الحركة.

استخدم برنامجا لإشعال اللهب وتحميل المعلمات وبدء التصنيع. بعد اكتمال التصنيع ، خذ حامل الألياف النانوية مع الايبوكسي إلى الجهاز. قم بتأمين الألياف على جانبي المستدقة باستخدام الايبوكسي القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية.

بمجرد وضع الألياف في مكانها ، قم بتغطية حامل الألياف النانوية بالغطاء العلوي. ضع العينة في صندوق نظيف لنقلها إلى إعداد التجربة. هذا هو الإعداد لتصنيع ليزر الفيمتو ثانية.

إنه داخل كشك نظيف به مرشحات hepa. يدخل شعاع الليزر من فوق عدسة أسطوانية. سيجلس حامل الألياف النانوية على رأس مرحلة لترجمة XY Z وواحد للدوران.

يوفر هذا التخطيطي فكرة أوضح عن الجهاز. يمر ضوء الليزر عبر عدسة أسطوانية. ثم يصل إلى قناع طور بدرجة 700 نانومتر.

يقسم قناع الطور الحزمة إلى صفر وزائد وناقص أمر واحد. يتم حظر الأمر الصفري ، لكن أوامر الجمع ناقص واحد تنعكس من المرايا القابلة للطي. تؤدي المرايا الموضوعة بشكل متماثل إلى إنشاء نمط تداخل في الألياف النانوية في حاملها.

يسمح الصمام الثنائي الضوئي بمراقبة الضوء في الألياف. تستخدم كاميرا CCD لمراقبة موضع الألياف النانوية. يجب محاذاة إعداد تصنيع الليزر.

هذا يتطلب استخدام صفيحة زجاجية يمكن استئصالها بواسطة الليزر. ضع اللوحة الزجاجية على مقعد التصنيع. في مرحلة الترجمة ، اضبط ارتفاع المقعد على 15 ملم ثم استخدم الليزر لإشعاع الزجاج لمدة خمس ثوان بطاقة نبضة تبلغ مللي جول.

استخدم كاميرا CCD لمراقبة اللوحة وتحديد الاستئصال الناجم عن الليزر. يمكن رؤية خط تالف على الزجاج بنمط الاستئصال. قم بتغيير الوضع الأفقي للزجاج بمقدار ملليمتر للسماح بالافصال الجديد.

بعد ذلك ، قم بتغيير ارتفاع السطح الزجاجي لاختبار قوة الاستئصال في موضع جديد. قم بإشعاع اللوح الزجاجي مرة أخرى لمدة خمس ثوان بطاقة نبضة تبلغ مللي جول. ثم قم بتقييم تلف اللوح الزجاجي.

كما حدث مع هذه اللوحة الزجاجية ، اضبط ارتفاع الزجاج واستئصال منطقة جديدة حتى يتم تحديد أقوى خط استئصال. مع وجود المرحلة في الارتفاع المرتبط بأقوى خط استئصال ، قم بضبط زاوية المرايا وقم بزيادة الاجتثاث إلى أقصى حد. بعد هذا التحسين ، انتقل إلى برنامج كاميرا CCD.

استخدم البرنامج لتحديد موضع خط الاستئصال في مجال الرؤية. قم بإزالة اللوح الزجاجي لاختبار الهيكل الدوري للاستئصال. لتصوير النمط ، استخدم المجهر الإلكتروني الماسح.

يجب أن يظهر النمط بنية دورية بفترة 350 نانومتر. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فكرر خطوات المحاذاة. ابدأ من مقعد التصنيع المحاذاة.

جهز ألياف مدببة ملفقة بشكل صحيح في حاملها. قم بتركيب حامل الألياف وقم بإقران الألياف بليزر مسبار. لمحاذاة بشكل صحيح ، يجب أن تكون الألياف موازية تقريبا لخط الاستئصال المحدد في برنامج CCD.

استمر بإرسال ليزر مسبار عبر الألياف المدببة واستخدام كاميرا CCD لمراقبة التشتت. استخدم مرحلة الترجمة لتحريك الألياف على طولها وتوسيطها على خط الاستئصال. الآن ، استخدم ليزر الفيمتو ثانية بأقل طاقة نبضية.

قم بترجمة الألياف في المستوى الأفقي لتتداخل مع شعاع ليزر الفيمتو ثانية. ثم قم بترجمة الألياف في المستوى الرأسي لتداخل موضعها مع خط الاستئصال. مرة أخرى ، قم بالترجمة في المستوى الأفقي لتعظيم التداخل مع ليزر الفيمتو ثانية.

أثناء ترجمة المرحلة ذهابا وإيابا ، راقب الزجاج الموجود على الغطاء العلوي لحامل الألياف لأول انعكاسات من الألياف. إذا تحركت البقع المضيئة على طول الخط ، فإن الألياف النانوية ليست موازية لخط الاستئصال ويجب تدوير مرحلة الدوران. إذا ظهرت البقع في لمح البصر ، فهذا يشير إلى أن الألياف النانوية موازية لخط الاستئصال وأن مرحلة الدوران لا تحتاج إلى تعديل.

عندما تكون الألياف النانوية موازية لخط الاستئصال ، قم بإيقاف تشغيل ليزر المسبار وقياس الطاقة من خلال الألياف باستخدام الصمام الثنائي الضوئي. استخدم مرحلة الترجمة لضبط الألياف في المستوى الأفقي. الهدف من التعديلات هو تعظيم الطاقة المقاسة المنتشرة من ليزر الفيمتو ثانية.

عند الانتهاء ، استخدم مرحلة الدوران لتدوير الألياف إلى زاوية الدوران. بعد ذلك ، خذ عداد الطاقة واستخدمه لمنع شعاع ليزر الفيمتو ثانية. اضبط طاقة النبضة بحيث يقرأ جهاز القياس نقطة الصفر اثنين من سبعة مللي جول.

قم بتغيير إعداد ليزر الفيمتو ثانية إلى لقطة واحدة قبل إزالة جهاز القياس من مسار الليزر. أكمل التصنيع عن طريق إطلاق نبضة ليزر فيمتو ثانية واحدة. ابدأ التصنيع بإعداد محاذاة.

بالإضافة إلى ذلك ، رتب لدعم سلك فوق العدسة الأسطوانية. هذا السلك النحاسي ذو الخمسة ملم مدعوم بعمود. يتم تثبيت العمود على مرحلة الترجمة للسماح بوضع السلك في شعاع الليزر.

تأكد من ضبط ارتفاع الصفيحة الزجاجية على المكان الذي تم العثور فيه على أقوى خط استئصال. ثم أدخل السلك في وسط شعاع الليزر وعموديا على خط الاستئصال. راقب ظل السلك وحاول وضعه في مركز نمط الاستئصال.

بعد ذلك ، استخدم نبضة ليزر الفيمتو ثانية لإنتاج نمط استئصال على اللوح الزجاجي. تحقق من نمط الاستئصال على اللوح الزجاجي لمعرفة ما إذا كان السلك ينتج فجوة في مركزه. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فقم بتحريك السلك النحاسي إلى المركز وقم باستئصال جزء جديد من اللوح الزجاجي.

كرر حتى تصبح الفجوة في وسط نمط الاستئصال. قبل المتابعة ، قم بتثبيت السلك في مكانه عن طريق قفل مرحلة الترجمة الخاصة به. ثم قم بإزالة اللوح الزجاجي من منصة التصنيع.

احصل على حامل الألياف مع الألياف المثبتة وقم بتثبيته في إعداد التصنيع. هنا ، يكون الحامل في مكانه والألياف مقترنة بليزر مسبار. إرسال نبضة ليزر مسبار عبر الألياف.

يجب أن يكون موازيا تقريبا لخط الاستئصال المسجل في برنامج CCD. قم بترجمة المرحلة على طول الألياف لتوسيط nanfiber على خط الاستئصال قبل إيقاف تشغيل المسبار. قم بتشغيل نبضة الفيمتو ثانية وترجمة الألياف في المستوى الأفقي بشكل عمودي على طولها بهدف تعظيم تداخل الألياف مع نبضة ليزر الفيمتو ثانية.

تحقق من خلال قياس قوة الضوء المتناثر باستخدام الصمام الثنائي الضوئي. بعد تعظيم التداخل ، اضبط زاوية التصنيع. الآن ، استخدم مقياس الطاقة لمنع ليزر الفيمتو ثانية.

ثم اضبط طاقة النبضة بحيث تكون نقطة صفر اثنين سبعة مللي جول وقم بتغيير إعداد ليزر الفيمتو ثانية ليكون طلقة واحدة. قم بإزالة عداد الطاقة من مسار الليزر وأطلق نبضة ليزر فيمتو ثانية واحدة لإكمال التصنيع. صورة المجهر الإلكتروني الماسح هذه هي لجزء نموذجي من عينة من الألياف النانوية المصنعة.

تتشكل الحفر النانوية على جانب الظل من الألياف. تكون الحفر النانوية دائرية تقريبا ويبلغ قطرها حوالي 210 نانومتر. في هذه العينة ، الدورية 350 نانومتر.

طيف الإرسال هذا من التجويف البلوري البروتوني المصنوع من التجويف البلوري البروتوني المصنوع من أجل الضوء المستقطب العمودي على وجوه الحفرة النانوية. يظهر الطيف منطقة نطاق توقف من حوالي 794 إلى 799 نانومتر حيث يكون الإرسال بضعة بالمائة فقط. قارن هذا مع طيف انتقال الضوء المستقطب بالتوازي مع وجوه الفوهة النانوية.

كما أن لديها نطاق توقف ولكن بأطوال موجية أطول من حوالي 796 إلى 803 نانومتر. كلا الطفيفين لهما قمم تتوافق مع أوضاع التجويف. تظهر أطياف الإرسال من نفس أوضاع الاستقطاب في التجاويف البلورية الضوئية الناجمة عن العيب سلوكا مماثلا.

في هذه الحالات ، تكون أوضاع التجويف على جانبي نطاق التوقف. لاحظ أن تباعد وضع التجويف عند الأطوال الموجية الأقصر أكبر بكثير من تلك الموجودة في الأطوال الموجية الأكبر. طريقة التصنيع البصري أحادية الطلقة هذه محصنة ضد عدم الاستقرار الميكانيكي مما يضمن ارتفاع الفئة ويمكن تنفيذ تقنية التصنيع هذه لصنع العديد من الأجهزة النانوية من الألياف النانوية ويمكن تكييفها مع عمليات التصنيع النانوي الأخرى.