ファイバー描画法を用いたメタマテリアルの作製

サマリー

テラヘルツ周波数​​でメタマテリアルは、ユニークな機会を提供していますが、大量に製造するために挑戦しています。我々は、安価に工業的規模で潜在的にメタマテリアルを作製する微細構造ポリマー光ファイバの製作手順を適応させる。我々は、テラヘルツプラズモン応答を示す〜100μm程度、で区切ら〜10μmの直径インジウムワイヤを含むポリ繊維を製造する。

要約

メタマテリアルは、彼らが^1を操作する波長よりもはるかに小さいコンポーネントを組み合わせて製造された人造の複合材料である。彼らは代わりにそれらを構成する原子の、その成分の構造とそれらの電磁特性を借りている。例えば、サブ波長金属ワイヤが金属それ自体²とは対照的に、与えられた周波数で正または負のいずれかである実効誘電率を有するように配置することができます。光の挙動を介してこの前例のないコントロールは、潜在的にそのような不可視のマント^3、負の屈折率材料⁴と、回折限界^5の下にオブジェクトを解決レンズとしての新規デバイスの数につながることができます。しかし、光、中間赤外線、テラヘルツ周波数​​で動作するメタマテリアルは、従来は高価であり、最も少ないのCENにあるサンプルを生成するナノ·マイクロ加工技術を用いて作られていますサイズ^6-7のtimetres。ここでは、テラヘルツプラズモン応答^8を発揮^するファイバー状の ​​金属線メタマテリアルの数百メートルを生産する製造方法を提案する。我々は、ポリメチルメタクリレート（PMMA）チューブ内インジウムワイヤを使用して、テイラー線プロセス¹⁰で微細構造ポリマー光ファイバ^9を生成するために使用されるスタック·アンド·ドローテクニックを兼ね備えています。それは、処理するためのテラヘルツ領域における適切な光学特性を持つドロウアブル誘電容易であるため、PMMAが選択されています。インジウムそれは156.6の融解温度を持っているので℃のどちらがPMMAとcodrawingに適しています。我々は、一方の端部に封止されている外径1ミリメートル内径（ID）および12 ​​mm（外径）と直径1mmおよびPMMAの管で純度99.99％のインジウムワイヤーが含まれています。管は排気し、1.2mmの外径まで描かれています。得られた繊維は、その後、小さな断片に切断し、大きいPMMAの管に積層されている。このスタックは、1つで密封されている終わり、急速に引かれながら10倍の構造の直径を小さくすると、100倍の長さを増加し、炉内に供給される。このような繊維は、マイクロ·ナノスケールの特徴をもって、量産可能、本質的に柔軟であり、自然界で発見されていない電磁的特性を示すことが織ることができる。彼らは、テラヘルツからそのような目に見えない繊維、不織布、負の屈折率の布、超解像レンズのような光学周波数に小説デバイスの数のための有望なプラットフォームを表します。

プロトコル

概要

複合インジウム/ PMMAの繊維（ 図3）は、自身が利用できるPMMAのチューブやワイヤーから調製しなければならない単一のインジウムワイヤ（ 図2）を含むPMMAの繊維の束を描画することにより製造される。表示される手順は、次のとおりです。

1. スタッキングマニュアルの適切な直径の単インジウムワイヤーが含まれているPMMAの繊維を製造。この場合、最初の1ミリメートルインジウムワイヤ（第1節）を収容することができますPMMAのチューブを準備し、インジウムが含まれており、必要なサイズ（セクション2）に描く。
2. スタックして、必要なサイズにして得られた個々のインジウム埋めPMMAの繊維（第3節）を描く。

4章と5章詳細セクション2および3で使用される描画処理。

1。 PMMAの被覆管を製造

1ミリメートルインジウムワイヤーを構築するために用いられているPMMA被覆管がstretchiによってなされるNGとID 1ミリメートルとOD 12ミリメートルの最終のPMMA被覆管を作るために主描画過程（セクション4）に標準PMMAの管をスリーブ。

1. 600ミリメー....

結果

メタマテリアル繊維が記載された技術を用いて製造した。彼らは順番に自身が制作された10ミリメートルポリマージャケットの内部に含まれる1ミリメートルインジウムワイヤのリフォームから引き出されていた図2に示すように直径100μmの連続インジウムワイヤを含む1ミリメートルPMMAの繊維のプリフォームから組み立てられた適切なサイズのポリマーチューブ絶縁チューブによって、 図1の回路図に示されている。 THz帯におけるプラズモン応答を持つメタマテリアル繊維の一例の断面の顕微鏡写真を図3に示します。

プラズモン応答は、低い周波数では、金属材料（低伝送）のようにして二つの動作の間の境界を定義するプラズマ周波数​​と誘電体（高透過率）のような高い周波数での動作をすること自体が現れる。この特定のケースでは、プラズマ周波数​​は1.2で期待されているテラヘルツしかし、私たちの技術は容易にターン変化ワイヤの半径と分離は、文献で ​​提示描画速度、図^8を変えることによって変更することが.......

ディスカッション

ここで紹介するテクニックは、効果的にハイパス·フィルタとして動作して、THz帯におけるプラズモン応答（ひいてはテーラード誘電率）を有する、マイクロスケール機能·サイズで連続3次元メタマテリアルのキロメートルの製造を可能にする。これは実験的にテラヘルツ時間領域分光法^11を使用^して特徴づけることができる。このようなファイバー状の ​​メタマテリアルはこの範囲¹²内の負の透磁率を有するメタマテリアル繊維と組み合わせた例負の屈折率材料のために、カットして積み重ねられたバルク材料に多数のデバイスを実現するために、または他の構造に織り込ますることができます。磁気応答性繊維はまた、ここで^13を発表^した技術上の変化によって大量に製造することができることに注意してください。

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材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
試薬/材料の名称	会社	カタログ番号	注釈
インジウム99.99パーセントワイヤ、直径1mm	AIMのスペシャルティ	リクエストに応じて利用可能	www.aimspecialty.com http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf
2 - プロパノール（イソプロパノール）	シグマアルドリッチ	製品番号 190764	http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086
粘着テープ	ステープルズ
ワンラップPTFEテープ、5ミリリットル×12ミリX 0.2 MMT	RSコンポーネンツ	RSストック番号 231から964	http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/
50ミクロンのアルミ箔テープ	あらかじめ粘着テープ	AT506	http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81
のBlu-TAK	Bostik		http://www.blutack.com/index.html
アラルダイトクイックセット	Sell​​eys		http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set
PMMAの管： - IDの6ミリメートル、外径12ミリメートル - IDの9ミリメートル、外径12ミリメートル	B＆Mプラスチック：プラスチック加工	リクエストに応じて利用可能	http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm
			機器の要件
			少なくとも200℃（プリフォームおよびファイバ引き込み設備付きHeathwayポリマードロータワー）の最大温度の炉を持つファイバードロー塔。ドロー塔の写真を図5に示します。 少なくとも90の最高気温℃のアニ​​ーリング炉 光学顕微鏡。 ホットエアガン。 真空ポンプ。 トップリフォームエクステンダー（30センチの長さと直径12mmの金属チューブ）。 主描画ボトム·エクステンダー（100 cmの長さと直径12mmの金属チューブ）。 二次抽選底エクステンダー（20センチの長さと直径12mmのPMMA管）。