Name: ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 19 s
Description: חקור את ייצור ואפיון סיבים אופטיים מבולגנים מפולימר ללוקליזציית אנדרסון רוחבית. השיטה משלבת ערבוב PMMA ופוליסטירן, צילום מיקרוסקופ אלקטרונים ואופטיקה לייזר.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי מענק מספר 1029547 מקרן הלאומית למדע. המחברים מבקשים להודות DJ וולקר מפרדיגמה אופטיקה בע&quot;מ למתן מגזרי הסיבים הראשוניים והשרטוט של הסיב האופטי הסופי. מחברים גם להכיר סטיבן הרדקאסל והתר א אוון להדמית SEM.

1. בודה סיב אופטי הפרעות פולימר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים על 200 של גדילי PMMA על שולחן ולהפיץ אותו המספר של גדילי PS על גבי PMMA. לערבב ולארוז מחדש את החוטים. חזור על תהליך זה עד 40,000 גדילי PMMA מעורבבים באופן אקראי עם 40,000 גדילים של PS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את הגדילים מעורבים באופן אקראי לpreform מרובע עם צד רוחב של כ -2.5 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר preform לסיב אופטי בקוטר של 250 מיקרומטר. Preform נמשך באופטיקה Paradigm Incorporated באמצעות הליך 16 הסטנדרטי. </li></ol> 2. הדמיה בפרופיל מקדם שבירה של סיבי ההפרעות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש SEM כגון Topcon ABT לתמונת הפרופיל של מקדם השבירה של הסיב האופטי שנוצר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטביע את דגימות פולימר סיבים האופטיות בחנקן נוזלי לכ -10 דקות ולאחר מכן הפסקה במחצית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטביע את הטיפים שבורים של הדגימות באתיל אלכוהול. קהEP הטמפרטורה של הפתרון בכ 65 ° C. השאר את הדגימות בפתרון לכ -3 דקות, עד אתיל האלכוהול ממסים את אתרי PMMA בסיבים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל מדגם זה בשכבה של 10 ננומטר בעובי של Au / PD ומניח את המדגם בתא של SEM. </li></ol> 3. הכנת דוגמאות לסיבים אופטי אפיון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 5 דגימות סיבים ארוכות ס&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים להב מעוקל עד 65 מעלות צלזיוס, והסיבים עד 37 מעלות צלזיוס. שימוש בטמפרטורות הנכונות מונע עיוות של קצה הסיב שיכול להתרחש בתהליך ביקוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את קצה הסיב על משטח חיתוך, כך שניתן לבצע נקי, בניצב לחתוך. מניחים את הלהב בצד של הסיבים, ואז לגלגל במהירות על פני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את קצה הסיבים באמצעות מיקרוסקופ אופטי כדי לוודא שקצה הסיב הוא ביקע בניצב לצדדי הסיבים. שמור את סכין הגילוח בזווית נכונה בתהליך ביקוע כדי למנוע הטיה של הטיפ דואר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בנייר ליטוש כגון נייר Thorlabs LFG03P אלומיניום אוקסיד פוליש (0.3 מיקרומטר) כדי למרק את דגימות סיבים. כדי למרק סוף הסיבים, להחזיק אותו בפינצטה, עם פינצטה לופתת את הסיבים כ -1.5 מ&quot;מ מהפנים להיות מלוטשים. צייר את הסיבים על גבי נייר באחד ארוכת אינץ&#39; דמות בצורת 8 נתיבים, בערך פי שמונה. נתיבים דמויי ספרה 8 להבטיח כי כל הקצה הוא מלוטש. </li></ol> 4. מדידת פרופיל הקרן של הקרן מופצות בדגימות סיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זוג לייזר הוא Ne-לתוך סיבי SMF630hp באמצעות מטרת 20X ושתי מראות שטוחות. מניחים את המראות שטוחות על שלבים עם שתי דרגות חופש. הנח את המטרה על במה עם שלוש דרגות חופש. בתחילה לשמור על סיבי SMF מרחק של 8 מ&quot;מ מהקצה האובייקטיבי. באמצעות ידיות על בעלי המראה ובעל האובייקטיבי, להאיר את אור לייזר לקצה הסיב. חברו את הצד השני של ה-SMF למד כוח. כוח הזוג לSMF באמצעות ידיות על בעלי המראה, כמו גם את הכפתורים רוחביים על בעל האובייקטיבי. היעילות של צימוד ניתן להגדיל באופן משמעותי על ידי שימוש בכפתור מיצוב אורכי על בעל האובייקטיבי. כוח בשילוב של MW 1 זה מספיק למדידות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמה סיבי SMF630hp לסיב האופטי באמצעות פולימר שלב Thorlabs MAX343 ממונע. השלב הממונע ניתן להעביר בשלושה הכיוונים קרטזיות. שימוש במעלות הרוחביות של חירויות, כמה סיבי SMF למרכז של קצה סיבי הפולימר. באמצעות עקירת האורך של הבמה, למקם את סיבי SMF ככל האפשר לסיבי הפולימר. אוויר פער קטן יותר בין SMF ופולימר הסיבים מפחית את הרחבת הקרן. הנח את כל ההתקנה בשלב שני ממונע שזז בכיוון האורך. השלב השני הממונע המשמש להדמיה כפי שיפורט ב4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש מ אופטיicroscope ומראה ישר זווית, לעקוב אחר המיקום של SMF וסיבי פולימר לוודא כי SMF בשילוב במרכז סיבי הפולימר, ושאוויר הפער בין שני הסיבים הוא קטן ככל האפשר. הטיה קטנה בקצה סיבי הפולימר או עיוותים בקצה סיבי הפולימר בגלל ביקוע או ליטוש תהליכים יכולה להגביל את אוויר הפער המינימאלי בין SMF וסיבים פולימר. פער קטן בין הסיבים נדרש כי סיבי SMF צריכים להיות מסוגלים לנוע בקצה של סיבי הפולימר. הנח את SMF במרכז סיבי הפולימר אך ורק כדי להפוך את תהליך הצימוד קל יותר. במהלך הניסוי, רוחבי לטאטא את אירוע קורה שיוצא SMF פני הקצה של סיבי הפולימר להתבונן לוקליזציה באזורים של סיבי הפולימר שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במצלמת CCD קרן מאבחן כדי למדוד את התפוקה של הסיבים באמצעות מטרת 40X. ראשית, להרוות את מצלמת CCD כדי לפקח על הגבולות של סיבי הפולימר.באמצעות ידיות על בעל האובייקטיבי, ודא שניתן לראות את גבולות סיבי הפולימר על ה-CCD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בבמה ממונעת שזז כל ההתקנה (שתואר ב4.2) לאורך זמן, לוודא את התמונה על CCD ממוקדת על ידי העברת ההתקנה משם או לקראת מטרת 40X תוך CCD והאובייקטיבי הם קבועים. כמדד למיקוד, פרופיל צילמו על CCD צריך להיות גודל המינימאלי בפוקוס. תמונה ממוקדת של הקרן לא צריכה להיות חזותי מתפתלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את אלומת התקרית בקצה הקלט ולמדוד את עוצמת אלומת הפלט עבור תפקידי הקורה אירוע שונים. איסוף נתונים במשך 5 עמדות של הקורה האירוע שונים. לבצע את המדידות עבור 20 דגימות סיבים ולאסוף כולל של 100 מדידות שונות. </li></ol>

<ol><li>Anderson, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absence+of+diffusion+in+certain+random+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev%22%5BJournal%5D)">Absence of diffusion in certain random lattices.</a> Phys. Rev. 109, 1492-1505 (1958).</li>
<li>John, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong+localization+of+photons+in+certain+disordered+dielectric+super+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Strong localization of photons in certain disordered dielectric super lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2486-2489 (1987).</li>
<li>Anderson, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+question+of+classical+localization%3A+a+theory+of+white+paint%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Phil.+Mag.+B%22%5BJournal%5D)">The question of classical localization: a theory of white paint?</a> Phil. Mag. B. 52, 505-509 (1985).</li>
<li>Wiersma, D. S., Bartolini, P., Lagendijk, A., Righini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localization+of+light+in+a+disordered+medium%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Localization of light in a disordered medium.</a> Nature. 390, 671-673 (1997).</li>
<li>Dalichaouch, R., Armstrong, J. P., Schultz, S., Platzman, P. M., McCall, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+localization+by+two-dimensional+random+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Microwave localization by two-dimensional random scattering.</a> Nature. 354, 53-55 (1991).</li>
<li>Lagendijk, A. D., de Vries, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transverse+localization+of+light%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Transverse localization of light.</a> Phys. Rev. Lett. 62, 47(1989).</li>
<li>Schwartz, T., Bartal, G., Fishman, S., Segev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+Anderson+localization+in+disordered+two+dimensional+photonic+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Transport and Anderson localization in disordered two dimensional photonic lattices.</a> Nature. 446, 52-55 (2007).</li>
<li>Szameit, A., Kartashov, Y. V., Zeil, P., Dreisow, F., Heinrich, M., Keil, R., Nolte, S., Tunnermann, A., Vysloukh, V. A., Torner, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wave+localization+at+the+boundary+of+disordered+photonic+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Wave localization at the boundary of disordered photonic lattices.</a> Opt. Lett. 35, 1172-1174 (2010).</li>
<li>Martin, L., Giuseppe, G. D., Perez-Leij, A. a, Keil, R., Dreisow, F., Heinrich, M., Nolte, S., Szameit, A., Abouraddy, A. F., Christodoulides, D. N., Saleh, B. E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anderson+localization+in+optical+waveguide+arrays+with+off-diagonal+coupling+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Anderson localization in optical waveguide arrays with off-diagonal coupling disorder.</a> Opt. Express. 19, 13636-13646 (2011).</li>
<li>Lahini, Y., Avidan, A., Pozzi, F., Sorel, M., Morandotti, R., Christodoulides, D. N., Silberberg, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anderson+localization+and+nonlinearity+in+one-dimensional+disordered+photonic+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Anderson localization and nonlinearity in one-dimensional disordered photonic lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 013906(2008).</li>
<li>Karbasi, S., Mirr, C. R., Yarandi, P. G., Frazier, R. J., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+transverse+Anderson+localization+in+an+optical+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of transverse Anderson localization in an optical fiber.</a> Opt. Lett. 37, 2304-2306 (2012).</li>
<li>Karbasi, S., Mirr, C. R., Frazier, R. J., Yarandi, P. G., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detailed+investigation+of+the+impact+of+the+fiber+design+parameters+on+the+transverse+Anderson+localization+of+light+in+disordered+optical+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Detailed investigation of the impact of the fiber design parameters on the transverse Anderson localization of light in disordered optical fibers.</a> Opt. Express. 20, 18692-18706 (2012).</li>
<li>Karbasi, S., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple-beam+propagation+in+an+Anderson+localized+optical+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Multiple-beam propagation in an Anderson localized optical fiber.</a> Opt. Express. 21, (2013).</li>
<li>Abdi, O., Wong, K. C., Hassan, T., Peters, K. J., Kowalsky, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cleaving+of+solid+single+mode+polymer+optical+fiber+for+strain+sensor+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Commun%22%5BJournal%5D)">Cleaving of solid single mode polymer optical fiber for strain sensor applications.</a> Opt. Commun. 282, 856-861 (2009).</li>
<li>Karbasi, S., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modal+perspective+on+the+transverse+Anderson+localization+of+light+in+disordered+optical+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">A modal perspective on the transverse Anderson localization of light in disordered optical lattices.</a> arXiv. 1301.2385v1, (2013).</li>
<li>Paradigm Optics [Internet]. , Paradigm Optics, Incorporated. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.paradigmoptics.com/">http://www.paradigmoptics.com/</a> (c2000-2012).</li>
<li>Karbasi, S., Hawkins, T., Ballato, J., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transverse+Anderson+localization+in+a+disordered+glass+optical+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Mater.+Express%22%5BJournal%5D)">Transverse Anderson localization in a disordered glass optical fiber.</a> Opt. Mater. Express. 2, 1496-1503 (2012).</li>
</ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

בתהליך תיקו הסיבים, הפרופיל מקדם השבירה לא יישאר קבוע במשך יותר ממטר, הן בשל צולבות תורות של קווצות הסיבים המקוריות וגם בגלל הווריאציות של קוטר הסיב בתהליך התיקו. אנו מצפים כי תהליך תיקו יציב יותר יעזור לפברק סיב אופטי שהוא מעל שמורת אורכי סיבים ארוכים יותר בהשוואה לזה שדווח כאן. בהכנת דגימה להדמית SEM של קצה הסיב, אנחנו צריכים לוודא שהדגימה נשארת בתמיסת אלכוהול thyl דואר 70% במשך זמן ארוך מספיק (~ 3 דק ...

בעבודה תיאורטית על ידי PW אנדרסון 1, הוכיח כי בנוכחות של הפרעה במערכת אלקטרונית קוונטים, ייפסק תהליך דיפוזיה והמצבים אלקטרוניים מקומיים להתפתח. לוקליזציה אנדרסון היא תופעת גל שיכול להתרחש גם לגלים הקלסיים כגון אור. מאז את התחזית התיאורטית של לוקליזציה אנדרסון באופטיקה 2,3, היו מאמצים רבים להבין את התופעה הזאת בניסוי עם גלים אלקטרומגנטיים 4,5. עם זאת, זה כבר קשה מאוד להשיג לוקליזציה חזקה בגלל חתכי רוחב הפיזור האופטיים הם בדרך כלל קטנים מדי בשל ניגוד מקדם השבירה הנמוך של רוב החומרים אופטיים. בשנת 1989, דה Raedt et al. 6 הראו כי ניתן לקיים את לוקליזציה אנדרסון במערכת אופטית הפרעות עין דו ממדים עם ניגודים שבירים נמוכים. הם הראו שאם ההפרעה מוגבלת למישור הרוחבי של אבזרagating גל במדיום longitudinally בלתי משתנה, הקרן יכולה להישאר מרותק לאזור קטן בכיוון הרוחבי בשל פיזור רוחבי חזק. לוקליזציה אנדרסון רוחבית נצפתה לראשונה בגלבו דו ממדים שנוצרו על ידי שימוש בתבניות התאבכות בגביש צילום שבירה 7. סיליקה התמזגו היא מדיום האחר שהיה בשימוש כבר התצפית של רוחבי לוקליזציה אנדרסון 8,9, שם גלבו מסודרים נכתבים באמצעות פולסים פמטו לאורך המדגם. ההבדל מקדם השבירה של אתרים מסודרים במערכות שהוזכרו לעיל הוא בסדר גודל של 10 -4, ולכן רדיוס הלוקליזציה הוא די גדול. בנוסף, בגלבו הטיפוסי הם בדרך כלל לא יותר מכמה סנטימטרים, ולכן, הם לא יכולים להיות מעשיים עבור יישומים מודרכים גל. נציין כי התצפית של לוקליזציה אנדרסון רוחבית במוליך גל הפרעות חד ממדי שדווחה קודם לכן בענייןF 10. יש סיבים אופטיים שפותחו כאן מספר יתרונות על פני המימושים הקודמים של לוקליזציה אנדרסון רוחבית עבור יישומים מודרכים גל 11,12. ראשית, הבדל השבירה הגדול של 0.1 בין אתרי הפרעה של תוצאות הסיבים בקרן מקומית קטנה דומה לרדיוס האלומה של סיבים אופטיים רגילים. שנית, סיבים אופטי פולימר ההפרעות יכולים להתבצע הרבה יותר זמן מאשר בגלבו מסודרים בכתב חיצוני לגבישי photorefractive או סיליקה התמזגו. היינו מסוגל להתבונן לוקליזציה אנדרסון רוחבית בסיבים ארוכים-60-11 ס&quot;מ. שלישית, הסיב האופטי פולימר ההפרעות הוא גמיש, מה שהופך אותו מעשי ליישומים בעולם אמיתיים ברמת התקן המסתמכים על התחבורה של גלי אור בסיבים 13. כדי לפברק סיב האופטי הפרעות, 40,000 גדילי PMMA ו40,000 גדילים של PS היו מעורבים באופן אקראי, שבו כל רחוהיה 8 סנטימטרים ו250 מיקרומטר בקוטר. את החוטים באופן אקראי המעורבים רוכזו לתוך preform חתך מרובע עם צד ברוחב של כ 2.5 סנטימטר. Preform היה אז נמשך לסיבים אופטיים מרובעים ברוחב צד של כ 250 מיקרומטר (איור 1). כדי לערבב אקראי את קווצות סיבים המקוריות, אנו מפזרים שכבה של סיבי גדילי PMMA על שולחן גדול, הוספנו שכבה של סיבי גדילי PS, ולאחר מכן באופן אקראי ערבבנו אותם יחד. ההליך חזר על עצמו פעמים רבות עד לקבלת תערובת אקראית טובה הושגה. אנחנו השתמשנו במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) לתמונת הפרופיל של מקדם השבירה של הסיב אופטי הפרעות הפולימר. טכניקות ביקוע רגילות כגון באמצעות סכין מחומם חד לא יכולות לשמש להכנת דגימות הסיבים להדמית SEM של סוף הסיבים למפות הפרופיל מקדם השבירה שלו, בגלל נזקים להב המורפולוגיה של סוף הסיבים. ליטוש הסיבים יש השפעה מזיקה דומה על האיכות דואר של סוף הסיבים. על מנת להכין את הדגימות באיכות גבוהה עבור ההדמיה SEM, אנחנו שקועים כל סיבים בחנקן נוזלי למשך מספר דקות ולאחר מכן שבר את הסיבים, ואם נעשה על דגימות סיבים מספיק, תוצאות בשיטה זו בכמה חתיכות סיבים טובות (סביב 15% הצלחה שיעור) עם משטחי קצה באיכות גבוהה וחלק מאוד להדמית SEM. לאחר מכן, אנו משמשים 70% אתיל אלכוהול פתרון על 60 מעלות צלזיוס במשך כ 3 דקות כדי לפזר את אתרי PMMA בסופו של דבר הסיבים; חשיפה ארוכה יותר יכולה לפורר את סיבי הסוף כולו. לאחר מכן, אנו מצופים את הדגימות עם Au / PD והניחו אותם בחדר SEM. Zoomed-SEM בתמונה של הסיב אופטי הפרעות הפולימר מוצג באיור 2. האתרים האפורים הבהירים הם PS והאתרים הכהים הם PMMA. הרוחב הכולל של התמונה הוא 24 מיקרומטר שבו גדלי התכונות הקטנים ביותר בתמונה הם ~ 0.9 מיקרומטר, מתאימים לגדלים באתר הבודדים של גדילי הסיבים, לאחר תהליך התיקו. כדי characteRize את מאפייני מוליך הגל של הסיב האופטי ההפרעות, השתמשנו בליזר הוא Ne-באורך גל nm 633. הוא Ne-לייזר הוא מצמידים את סיבי SMF630hp מצב יחיד אופטיים בקוטר שדה במצב של כ 4 מיקרומטר, אשר לאחר מכן התחת מצמידים את הסיב האופטי באמצעות פולימר הפרעות שלב דיוק גבוה ממונע. הפלט אז צילמו על מאבחן קורה מצלמת CCD באמצעות מטרת 40X. בסט הראשון של ניסויים, בחרנו 20 דגימות סיבי הפרעות שונות, ארוך של 5 ס&quot;מ כל אחד; אורך 5 סנטימטר שנבחר כדי להתאים את אורך ההתפשטות בסימולציות נומריות שלנו. הסימולציות נומריות של סיבי ההפרעות הן בדרך כלל זמן רב מאוד, אפילו באשכול מחשוב עתיר ביצועים עם 1,100 אלמנטים. לוקליזציה אנדרסון רוחבית המלאה של אורך הגל של 633 ננומטר קורה רק לאחר כ 2.5 ס&quot;מ של התפשטות 11,12, ולכן, החליט שהאורך 5 סנטימטר הוא מספיק למטרות שלנו. בגלל stocטבע hastic של לוקליזציה אנדרסון, שהיינו צריך לחזור על שני הניסויים והסימולציות ל100 מימושים, על מנת לאסוף נתונים סטטיסטיים מספיקים כדי להשוות את הערכים מספריים של הניסוי וקוטר אלומת הממוצע. בפועל, 100 מדידות שונות מתקבלות על ידי לקיחת חמש מדידות מופרדות מרחבית על כל אחד מ20 דגימות סיבי הפרעות השונות. זה די קשה להכין את הסיבים האופטיים למדידות מסודרים הפולימר, בהשוואה לסיבים אופטיים מזכוכית. לדוגמה, לא ניתן להשתמש בשחיטה המתקדמת וכלים וטכניקות ליטוש שמפותחים עבור סיבים מבוססי סיליקה סטנדרטית. הליך מעודן לביקוע וליטוש סיבים אופטיים פולימר כבר דווח על ידי עאבדי ואח&#39; 14;. השתמשנו בשיטות שלהם עם כמה שינויים קלים להכנת דגימות הסיבים שלנו. כדי לבקע סיב אופטי פולימר הפרעות, להב X-acto מעוגל מחומם עד 65 מעלות, C, סיבים ועד 37 מעלות צלזיוס. הטיפ של הסיבים מיושר על משטח חיתוך כך שיכול להתבצע נקי, בניצב לחתוך. הלהב ממוקם בצד של הסיבים, והתגלגל במהירות על פני. תהליך השחיטה כולו צריך להיעשות מהר ככל האפשר על מנת להבטיח כי הטמפרטורות של הלהב והסיבים אינן משתנות במידה ניכרת. לאחר ביקוע הסיב ובוחן אותו תחת מיקרוסקופ אופטי, סוף הסיבים הוא מלוטש באמצעות מלחכים גיליונות סיבים סטנדרטיים (0.3 מיקרומטר נייר Thorlabs LFG03P אלומיניום אוקסיד פוליש) כדי לוודא שכל פגמים קלים יוסרו. כדי למרק סוף הסיבים, הוא מוחזק בפינצטה עם פינצטה מחזיקה סיבים כ -1.5 מ&quot;מ מפן הסוף להיות מלוטשים. הסיבים נמשכים על פני נייר באחד ארוכת אינץ&#39; דמות בצורת 8 נתיבים, בערך פי שמונה. פוליש תוצאות הסיבים בקצוות חלקים כמו תחת בדיקת מיקרוסקופ האופטי. יתר על כן, ליטוש מאפשר צימוד ראוי locaמקום lized בסיבים, אשר בתורו מפחית את הנחתה הן בצימוד וגם במרחק ההתפשטות הראשוני לפני הנקודה המקומית נוצר. אנחנו השתמשנו מאבחן מצלמת CCD קרן לתמונה את עוצמת אלומת הפלט. פרופיל עוצמת השדה קרוב נתפס באמצעות מטרת 40X. כדי למצוא את הגבולות של הסיבים, אנחנו רוויים CCD על ידי הגדלת כוחו של האור הנכנס מסיבי SMF630hp. לאחר איתור פרופיל העצמה של הקרן המקומית ביחס לגבולות, אנו קובעים CCD הקרן למאבחן האפשרות אוטומטי החשיפה. אנחנו השתמשנו בתמונה של פרופיל העצמה על מנת לחשב את רדיוס האלומה היעיל. על מנת להסיר את ההשפעה של רעש הסביבה, אנחנו מכוילים הליך עיבוד התמונה שלנו על מנת להבטיח שנקבל את קוטר האלומה הצפוי של סיבי SMF630hp. הערך שנמדד הממוצע של רדיוס הקורה והווריאציות שלה סביב הערך הממוצע מסכים גם עם numeסימולציות rical, כפי שמוצגות במס. 11. פרופיל קרן הפלט בסיבי הפולימר ברור כדלקמן שינוי בעמדה של קורה האירוע כפי שמוצג בשופטים. 11,12,13. מחקר מקיף על ההשפעה של הפרמטרים העיצוב כגון גדלי הפרעה באתר ואת אורך גל באירוע רדיוס הקורה של הקורה המקומי הוצג בשופטים. 12,15.

<table><tbody><tr><td>פולי (מתיל מתקרילט) (PMMA)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>פוליסטירן (PS)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>תמיסת אלכוהול אתילי 70% ב-65 מעלות; C</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

אנו מפתחים ולאפיין סיב אופטי פולימר הפרעות המשתמש לוקליזציה אנדרסון רוחבית כמנגנון waveguiding רומן. הסיבים אופטיים שפותחו הפולימר מורכב מ80,000 גדילים של פולי (מתיל) (PMMA) ופוליסטירן (PS) כי הם מעורבים באופן אקראי ונמשכים לתוך סיבי חתך מרובעים אופטיים עם רוחב צד של 250 מיקרומטר. בתחילה, כל גדיל הוא 200 מיקרומטר בקוטר 8 אינץ ארוך. במהלך תהליך הערבוב של קווצות הסיבים המקוריות, הסיבים לחצות אחד את השני, עם זאת, תיקו יחס גדול מבטיח שהפרופיל מקדם השבירה הוא השמורה לאורכו של הסיב לכמה עשרות סנטימטרים. ההבדל הגדול מקדמים שבירה של 0.1 בין תוצאות האתרים מסודרות ברדיוס אלומה מקומי קטן שניתן להשוות את רדיוס האלומה של סיבים אופטיים קונבנציונליים. אור הקלט שוגר מסיב בודד סטנדרטי מצב אופטי תוך שימוש בשיטת התחת הצימוד וניאהקרן פלט R-שדה מסיבי ההפרעות היא הדמיה באמצעות מטרת 40X ומצלמת CCD. קוטר אלומת הפלט מסכים גם עם התוצאות הצפויות מהסימולציות נומריות. הסיב האופטי ההפרעות מוצגים בעבודה זו הוא יישום התקן ברמה הראשונה של לוקליזציה אנדרסון 2D, ויכול באופן פוטנציאלי לשמש לתחבורת תמונות ומערכות תקשורת אופטית קצרים לגרור.

תמונת SEM של הסיבים המלוטשים מוצגת באיור 1. תמונת SEM באיור 1 מלמד כי, עבור רוב האזורים של קצה הסיב, האיכות פולנית היא טובה. תמונת SEM של דגימות הסיבים עם קצותיהם המומסים בתמיסת אתיל אלכוהול, איור 2, מציגה את אתרי PMMA באתרים כהים וPS בצבעים אפורים. תמונת SEM באיור 2 התמקדה ברוחב מיקרומטר 24 של הסיבים. להדמית SEM, דגימות הסיבים הם מצופים בשכבה עבה של 10 ננומטר של Au / PD. <p class="jove_content" style=";text-a...

אנו מפתחים ולאפיין סיב אופטי פולימר הפרעות המשתמש לוקליזציה אנדרסון רוחבית כמנגנון waveguiding רומן. סיבי microstructured זה יכול להעביר קרן מקומית קטנה עם רדיוס כי ניתן להשוות את רדיוס האלומה של סיבים אופטיים קונבנציונליים.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ולאפיין סיב אופטי לא-סדיר עבור לוקליזציית אנדרסון רוחבית של אור. דבר זה מושג תחילה על ידי ערבוב של גדילי פולימתיל-מתאקרילט ופוליסטירן, ויצירת פרפורם (preform) לתהליך המתיחה. השלב השני הוא הדמיית פרופיל מקדם השבירה של הסיב שנמתח.לאחר שהסיבי ה-PMMA הומסו, בוצע מיקרוסקופ אלקטרוני סורק. לאחר מכן, דגימות של סיב שנמשך נחתכו והוליחו עבור אפיון אופטי של לוקליזציית אנדרסון. השלב הסופי הוא בדיקת הדגימות במערך האופטי על ידי הארה של הסיב הבלתי-סדיר באור של לייזר הליום-ניאון.בסופו של דבר, פרופיל עוצמת הפלט של האלומה הממוקמת נדגם במצלמת CCD המשמשת כמנתח פרופיל אלומה. כדי להדגים לוקליזציית אנדרסון רוחבית של אור, התחל בפיזור של כ-200 סיבי PMMA על שולחן, ולאחר מכן פזר את אותו מספר של סיבי פוליסטירן מעל ה-PMMA. ערבב את הסיבים יחד והנח אותם בצד.חזור על הליך זה עד ש-40,000 גדילים של PMMA יערבבו באופן אקראי עם 40,000 גדילים של פוליסטירן. לאחר מכן, הרכב את הגדילים שערבבו באופן אקראי למבנה מקדים (preform) ריבועי עם צלעות באורך של כ-2.5 inches. בשלב הבא, העבר את המבנה המקדים למשיכה לסיב אופטי בקוטר של 250 microns על ידי חברה המתמחה בסוג זה של הליך.זה מייצג הפחתה של כ-64,000 פעמים בשטח החתך של הסיבים המקוריים. לאחר מכן, טבול את הסיב האופטי הפולימרי בחנקן נוזלי למשך כ-10 דקות, כדי שניתן יהיה לבצע שבירה נקייה. החנקן הנוזלי מקרר במהירות את הסיב והופך אותו לשביר מאוד ככל שהסיבים מתקררים.הכינו אמבט של אתיל אלכוהול וחממו אותו ל-65 °C. לאחר 10 דקות, הוציאו את הסיבים מהחנקן הנוזלי ושברו אותם במהירות לשניים. שברו לפחות 20 סיבים לצורך הדמיה, כיוון ששיעור ההצלחה בהשגת משטח חלק הוא עדיין כ-15% בלבד. בשימוש בשיטה זו, טבלו את הקצוות השבורים של הדגימות ב-70% אתיל אלכוהול למשך כלוש דקות.במהלך זמן זה, האתנול ממיס את אתרי ה-PMMA בסיב, ובכך משאיר מאחור רק את סיבי הפוליסטירן. לאחר מכן, הניחו את הסיבים על תומך דגימות וכסו כל דגימה בשכבה בעובי 10 nanometer של זהב-פלדיום. לאחר מכן, הניחו את הדגימות המצופות בתא של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק לצורך הדמיה, כדי לבחון את פרופיל מדד השבירה של הדגימות באמצעות אלומת אלקטרונים בעוצמה של 5 kilo electron volt, בהגדלה המאפשרת את הרזולוציה הטובה ביותר עבור הסיבים בעובי 0.9 micron.הכינו דגימות סיב באורך של כ-25 סנטימטרים לצורך אפיון אופטי, על ידי חימום מוקדם של הסיבים ל-37 °C ושל להב מעוקל המשמש לחיתוך הסיבים ל-65 °C. טמפרטורות אלו מונעות עיוות של קצה הסיב שעלול להתרחש במהלך תהליך השבירה. לאחר מכן, יישרו את הסיב על משטח חיתוך כך שניתן יהיה לבצע חיתוך ניצב ונקי לרוחב הקצה.לאחר מכן, הניחו את הלהב בצד הסיב וגלגלו אותו במהירות על פניו. שמרו על להב התערה בזווית ישרה לסיב בכל עת. בחנו את קצה הסיב באמצעות מיקרוסקופ אופטי כדי לוודא שקצה הסיב נחתך בניצב לדפנות הסיב.פעולה זו מאפשרת שיפור בחיבור בשלב מאוחר יותר של הפרוצדורה. לאחר מכן, יש ללטש כל סיב בנפרד על ידי אחיזתו במרחק של 1.5 millimeters מקצה אחד, תוך גרירת הסיב לאורך של one inch. יש להשתמש בתנועות בצורת שמינית על נייר לטש מאלומינה (aluminum oxide) בעובי של 0.3 micron.בצעו כ&=approximately eight loops ללולאות כדי להבטיח שכל הקצה ילוטש. לאחר מכן, חברו לייזר הליום-ניאון הפולט אור באורך גל של 633 nanometer לסיב SMF 630 HP בעל קוטר של four micron. כדי לבצע זאת, מקמו תחילה עדשה עם הגברה של 20x על גבי במה בעלת שלושה דרגות חופש.הנחו בנוסף שתי מראות שטוחות בעלות שתי דרגות חופש. בתחילה, מקמו את סיב ה-SMF במרחק של שמונה מילימטרים מקצה העדשה, ולאחר מכן reposition the mirrors והעדשה כדי לכוון את אור הלייזר לקצה הסיב. לאחר היישור, חברו את הצד השני של סיב ה-SMF למד עוצמה (power meter).המשיכו לכוון את מיקום המראות והעדשה עד להשגת הספק מצומד של one milliwatt. הספק של one milliwatt מספיק למדידות אפיון הסיב. לאחר מכן, צמדו את סיב ה-SMF 630 HP לסיב האופטי הפולימרי.השתמשו בבמה ממוטרת, כאשר על הבמה הממוטרת להיות מסוגלת לנוע בכל שלושת הכיוונים הקרטזיים. ראשית, מרכזו את שני הסיבים יחדיו באמצעות בקרה רוחבית. לאחר מכן, השתמשו בהעתקה אורכית כדי להזיז את סיב ה-SMF קרוב ככל האפשר לסיב הפולימר.מרווח אוויר קטן יותר בין סיב ה-SMF לבין סיב הפולימר יפחית את התפשטות האלומה. לאחר מכן, הניחו את המערך כולו על במה מוטורית שנייה הנעה בכיוון האורכי. הבמה המוטורית השנייה תשמש ליישור האלומה עם מצלמת ה-CCD.לאחר מכן, בחנו את מיקום הסיבים באמצעות מיקרוסקופ אופטי ומראה בזווית ישרה. הטיה או דהפורמציה קלה בקצה סיב הפולימר, כתוצאה מתהליכי השבירה או הליטוש, עלולה להגביל את המרווח המינימלי (air gap) בין ה-SMF לסיב הפולימר. לאחר מכן, השתמשו במנתח פרופיל קרן (beam profiler) בעזרת מצלמת CCD כדי למדוד את הפלט של הסיב באמצעות עדשה אובייקטיבית של 40x.ראשית, רוו את מצלמת ה-CCD כדי לנטר את גבולות סיב הפולימר באמצעות הכפתורים בתושבת העדשה. ודאו שניתן להבחין בגבולות סיב הפולימר ב-CCD. לאחר מכן, השתמשו בבמה הממוטרת כדי למקד את התמונה במצלמת ה-CCD על ידי הזזת המערכת הרחק מהעדשה ה-40 x או לעברה, כאשר ה-CCD והעדשה מקובעים.לבסוף, סרקו באופן רוחבי את קרן הפגיעה היוצאת מה-SMF על פני קצה סיב הפולימר כדי לבחון לוקליזציה באזורים שונים של סיב הפולימר. מדדו את עוצמת קרן הפלט עבור מיקומים שונים של קרן הפגיעה כאשר האורות כבוים. אספו נתונים בחמישה מיקומים שונים של קרן הפגיעה ובצעו את המדידות עבור 20 דגימות סיבים, לסך הכל 100 מדידות שונות.לאחר מכן מבצעים ממוצע של 100 מדידות שונות של פרופילי האלומה כדי להראות את לוקליזציית אנדרסון הרוחבית של הסיב. מוצג כאן התוצר הסופי של קצה סיב פולימרי מלוטש. תמונת מיקרוסקופ האלקטרונים של קצה סיב הפולימר מראה כי רוב האזורים הגיעו לרמת ליטוש טובה בעקבות פרוטוקול זה.כאשר סיבי הפולימתיל methacrylate מומסים ונותר אתנול בלבד, נשארים רק סיבי הפוליסטירן. זהו מה שמכונה פרופיל מקדם השבירה, המציג בקלות את סידורם של סיבי הפוליסטירן והפולימתיל methacrylate. פרופיל עצימות לדוגמה, כפי שנמדד על ידי מצלמת CCD, מוצג כאן לאחר חמישה סנטימטרים של התקדמות.הצבע האדום מציין את הפרופיל הממוקם, והצבע הצהוב הוא זנב העוצמה. תמונה זו היא של סיב הממוקם בכיוון הרוחבי של הסיב הבלתי-מסודר.

fabrication-characterization-disordered-polymer-optical-fibers-for

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

Metamaterials בתדרי terahertz להציע הזדמנויות ייחודיות, אבל הם מאתגרים לפברק בתפזורת. אנחנו מתאימים את הליך הייצור לסיבים אופטיים פולימר microstructured בזול כדי להמציא metamaterials פוטנציאל בקנה מידה תעשייתי. אנו מייצרים סיבי polymethylmethacrylate המכילים ~ 10 חוטי אינדיום קוטר מיקרומטר מופרדים על ידי ~ 100 מיקרומטר, שמציג תגובת plasmonic terahertz.

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

שימוש בגלבו פוטוניים גביש להאט את האור וחללי האומצה באופן נרחב על ידי קהילת פוטוניקה ביישומים רבים שונים. לכן ייצור ואפיון של התקנים אלה הם עניין רב. מאמר זה מתאר טכניקת הייצור שלנו ושתי שיטות אפיון אופטיות, דהיינו: פיזור interferometric (גלבו) ותהודה (עששת).

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

שני נוזלים סמוכים העוברים דרך ערוץ מיקרופלואידי מחורץ יכולים להיות מכוונים ליצירת נדן סביב ליבת רב-אופן; ובכך לקבוע הן צורה והן חתך רוחב. פולמור Photoinitiated, כגון כימיה לחץ תיול, מתאים היטב לחיזוק במהירות את נוזל הליבה לתוך מיקרופייבר עם גודל וצורה קבועים מראש.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

מבנים מסודרים להציע מנגנונים חדשים לגיבוש bandgaps פוטוניים וחופש חסר תקדים בעיצובים פונקציונליים-פגם. כדי לעקוף את האתגרים חישובית של מערכות לא מסודרות, אנו בונים דגימות מקרוסקופית המודולרי של הסוג החדש של חומרי PBG ולהשתמש מיקרוגלים לאפיין תכונות פוטוניים קנה המידה בלתי משתנה שלהם, באופן קל ולא יקר.

שימוש במיקרוגל ודוגמאות מקרוסקופית של דיאלקטרי מוצקים לחקר מאפיינים פוטוניים של הפרעות חומרי bandgap פוטוניים

אנו מדווחים כי ניתן להתגבר על מגבלת העקיפה של ליתוגרפיה אופטית קונבנציונלית על ידי ניצול המעברים של נגזרות פוטוכרומיות אורגניות הנגרמות על ידי הפוטואיזומריזציה שלהן בעוצמות אור נמוכות. 1-3 מאמר זה מתאר את טכניקת הייצור שלנו ושני מנגנוני נעילה, כלומר: פירוק של פוטואיזומר אחד וחמצון אלקטרוכימי.

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

אנו מציגים פרוטוקול עבור בודה חללים גבישים פוטוניים 1-D על סיבי סיליקה בקוטר subwavelength (nanofibers אופטי) באמצעות אבלציה לייזר המושרה femtosecond.

המצאה של 1-D פוטוניים Crystal חלל על nanofiber שימוש Femtosecond אבלציה לייזר המושרה

אנו מדגימים שידור של אותות עצמאיים מרובים דרך סיב רב-מצבי באמצעות עיצוב חזית גל תוך שימוש במודולטור אור מרחבי יחיד. על ידי אפנון חזית הגל עבור כל אות בנפרד, מועברים מוקדים מופרדים מרחבית. יישומים פוטנציאליים הם העברת נתונים מרובה בהנדסת תקשורת והעברת אור אנדוסקופית בביופוטוניקה.

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב

פרוטוקולים לסינתזה של microspheres מפולימרים, מניפולציה של microspheres, ומדידות photoluminesencence מיקרו מוצגים.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

מטוסי פאנטום רקמות אופטי הם כלים חיוניים כיול של אפיון של מערכות הדמיה אופטית ואימות של מודלים תיאורטיים. מאמר זה מפרט את שיטת ייצור דמה הכולל שכפול של רקמות התכונות האופטיות ואת מבנה רקמות תלת מימדי.

ייצור ואפיון רקמות אופטי הפאנטומים המכיל למפלגות

פרוטוקול זה מתאר את תכנון וייצור של גשר מים והפעלה שלה כמו סיבים מים. הניסוי מדגים כי נימי מגנטיים של סיבי מים לווסת את התשדורת אופטי.

עיצוב, ייצור של סיב אופטי עשויים מים

שיטה מוצגת כדי לבנות מותאם אישית בעלות נמוכה, מצב נעול לייזר סיבים השני ליישומים פוטנציאליים מיקרוסקופ multiphoton, אנדוסקופיה, ו photomedicine. לייזר זה בנוי באמצעות חלקים זמינים מסחרית וטכניקות שחבור בסיסיות.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

חקור את ייצור ואפיון סיבים אופטיים מבולגנים מפולימר ללוקליזציית אנדרסון רוחבית. השיטה משלבת ערבוב PMMA ופוליסטירן, צילום מיקרוסקופ אלקטרונים ואופטיקה לייזר.

ייצור ואפיון של סיבים אופטיים הפרעות פולימר ללוקליזציה רוחבית אנדרסון אור

גלה סרטונים נוספים