Name: ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 19 s
Description: 学ぶ無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価法。PMMAとポリスチレンを混合し、横アンダーソン局在を実現する光ファイバを作製し、走査型電子顕微鏡とヘリウムネオンレーザーで光学特性を評価する革新的な手法です。

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この研究は、国立科学財団からの助成金番号1029547でサポートされています。著者らは、初期の繊維セグメントおよび最終的な光ファイバの再描画を提供するためのパラダイムオプティクス社よりDJウェルカーを確認したいと思います。著者はまた、スティーブン·ハードキャッスルとSEMイメージング用ヘザーA.オーウェンを認める。

1。乱れたポリマー光ファイバを製造する<ol><li>テーブルの上にPMMA鎖の約200広がり、PMMAの上にPSストランドの同じ数を広げた。ミックスとストランドを再梱包。 PMMAの40,000ストランドがランダムにPSの40,000ストランドと混合されるまでこの手順を繰り返します。 </li><li>約2.5インチの横幅の正方形のプリフォームに無作為に混合ストランドを組み立てる。 </li><li> 250μmの径の光ファイバにリフォームを描く。リフォームは、その標準的な手順16を使用して株式会社パラダイム·オプティックスで描画されます。 </li></ol> 2。イメージング乱れファイバの屈折率プロファイル<ol><li>結果として得られる光ファイバの画像屈折率プロファイルになどトプコンABTなどSEMを使用してください。 </li><li>水没は、ポリマー光ファイバの約10分間、液体窒素中でサンプルとその後半分に破る。 </li><li>エチルアルコールに水没サンプルの壊れたヒントを。柯約65℃での溶液のEP温度エチルアルコールは、ファイバ中のPMMAサイトを溶解するまで、約3分のためのソリューションのサンプルをしておきます。 </li><li>のAu / Pdを10 nmの厚さの層で被覆各サンプルとSEMのチャンバー内にサンプルを配置します。 </li></ol> 3。光学特性評価のためのファイバサンプルの準備<ol><li>長さ5cm繊維サンプルを準備します。 </li><li> 65℃に湾曲した刃を熱し、37に繊維°C。右の温度を使用すると、切断工程で発生する可能性が繊維先端の変形を防ぎます。 </li><li>きれいな、垂直カットを行うことができるように、切断面にファイバーの先端を合わせます。繊維の側面に刃を置き、その後すぐに渡って転がる。 </li><li>ファイバ先端を繊維側に垂直に切断されていることを確認するために光学顕微鏡を用いた繊維の先端を点検。番目の傾きを防止するために劈開工程において直角にカミソリの刃を保つ電子チップ。 </li><li>繊維サンプルを研磨するなどソーラボLFG03P酸化アルミニウム研磨紙（0.3μm）のように研磨紙を使用してください。ファイバ端を磨くために、ピンセットが研磨される面から約1.5mm離れて繊維を把持して、ピンセットでそれを保持する。 1インチ長い8の字型のパス、約8倍で紙の上に繊維を描画します。 8の字型のパスは全体先端が研磨されていることを確認してください。 </li></ol> 4。ファイバサンプルで伝播光のビームプロファイルを測定<ol><li>カップル20X客観的かつ二つの平面ミラーを用いSMF630hp繊維へのHe-Neレーザ。つの自由度でステージ上の平面ミラーを配置します。 3つの自由度でステージ上で目標を置きます。当初は8ミリメートルの距離が離れて客観的な先端からSMFファイバを保つ。ミラーホルダと対物ホルダにノブを使用して、ファイバの先端にレーザ光を照射する。 Sの反対側を接続しますパワーメータにMF。客観的なホルダーにミラーホルダーのノブだけでなく横断ノブを使用してSMFに結合力。結合の効率が大幅対物ホルダに長手位置決めノブを使用して増加させることができる。 1 mWのの結合力​​が十分測定用です。 </li><li>ソーラボMAX343電動ステージを用い、ポリマー光ファイバに結合SMF630hp繊維。電動ステージは、3つのデカルト座標の方向に移動させることができる。カップルSMFファイバポリマー繊維先端の中心に、自由の横断度を使用する。ステージの縦方向の変位を用いて、ポリマー繊維にできるだけ密接にSMFファイバを配置。 SMFとポリマー繊維の間に小さいエアギャップは、ビームの拡大を低減します。長手方向に移動する第二の電動ステージ上の全体設定を置きます。 4.4で説明されるように第2電動ステージは、撮像のために使用される。 </li><li>光学Mを用いicroscopeと直角ミラーは、SMFは、ポリマー繊維の中心に結合され、2つのファイバの間のエアギャップはできるだけ小さいことされていることを確認するにはSMFとポリマー繊維の位置を監視する。ポリマー繊維の先端にあるポリマー繊維の先端又は変形の小さい傾斜は、プロセスを切断または研磨するため、SMF及びポリマー繊維間の最小エアギャップを制限することができる。 SMFファイバ、ポリマーファイバの先端に動き回ることができなければならないので、繊維間の小さなギャップが必要である。もっぱらカップリングプロセスを容易にするためにポリマー繊維の中心にSMFを置きます。実験中、横方向にポリマー繊維の異なる領域に局在を観察するポリマー繊維の先端を越えSMFから出てくる入射ビームをスイープ。 </li><li> 40X対物レンズを用いて光ファイバの出力を測定するためにCCDカメラビームプロファイラを使用してください。まず、ポリマー繊維の境界を監視するためにCCDカメラを飽和させる。客観的なホルダーにノブを使用し、ポリマー繊維の境界は、CCD上で観察することができることを確認します。 </li><li>縦方向に全体のセットアップ（4.2で説明）移動電動ステージを使用し、CCD上の画像は、CCDと客観が固定されている間離れてまたは40X目標に向けたセットアップを移動することによって焦点を合わせていることを確認します。集束するための指標として、CCD上に結像プロファイルが焦点に最小サイズを持っている必要があります。ビームの焦点を当てて画像を視覚的に巻き線されるべきではない。 </li><li>入力先端に入射ビームを移動させ、異なる入射ビーム位置の出力ビームの強度を測定する。入射ビームの5つの異なる位置のデータを収集。 20繊維サンプルの測定を実施し、100種類の測定値の合計を収集します。 </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>
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<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>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

ファイバ線引き工程において、屈折率プロファイルがあるため、元の繊維ストランドのクロスオーバーのために、また、延伸過程における繊維径の変化の両方メートル以上に一定のままではありません。我々は、より安定した描画処理はここで報告に比べ長い繊維長にわたって不変である光ファイバを製造するために役立つことを期待しています。 ファイバー先端のSEMイメージングのためのサンプルを作成するにあたり、私たちは、サンプルが十分に長い時間のために70％の電子メチルアルコール溶液に残ることを確認する必要があります（〜3分）と右の温度のまま（65°C） 。サンプルがはるかに長いPMMAのトップ層をエッチング除去するために必要な3分より電子メチルアルコール溶液中に残っている場合は、繊維の先端が崩壊することができます。 におけるポリマー繊維にSMF630hp繊維バットカップリング、入射繊維はできるだけ近くにあることが重要である<html>それは不規則ファイバに到達する前に実質的な回折ビームの拡大を避けるために、ポリマー繊維...

PWアンダーソン1による理論的研究では、量子電子システム内の障害の存在下で、拡散プロセスが停止し、局所的な電子状態を開発することが示された。アンダーソン局在も光などの古典的な波が発生する可能性があります波動現象である。光学2,3におけるアンダーソン局在の理論的な予測なので、4,5電磁波を実験的にこの現象を実現するために多くの努力がなされている。光散乱断面積が最も光学材料の低屈折率コントラストのために頻繁には小さすぎるので、それは強力な局在化を達成することが非常に困難であった。 1989年に、デRaedt ら 6は、低屈折率コントラストを有する準2次元無秩序光学系においてアンダーソン局在を観察することが可能であることを示した。彼らは、障害が支柱の横断面に限定されている場合はことを示した縦方向に不変培地で波をagating、ビームは強い横散乱による横方向に小さな領域に閉じ込められたままできます。横アンダーソン局在は、まずフォトリフラクティブ結晶7における干渉パターンを使用して作成された二次元光導波路で観察された。石英ガラスは無秩序導波路はサンプルに沿って、フェムト秒パルスを用いて書かれている横方向のアンダーソン局在8,9、の観察に用いられてきた他の媒体です。上述したシステムにおける不規則部位の屈折率差が10 -4のオーダーであるので、ローカライゼーション半径が非常に大きい。さらに、典型的な導波路は、通常数センチより長いではありませんので、彼らは導波アプリケーション用に実用的ではないかもしれない。私たちは、一次元無秩序導波路における横アンダーソン局在の観察、以前再で報告されたことを指摘F 10。 ここで開発された光ファイバは、導波アプリケーション11,12用横アンダーソン局在の以前の実現に比べていくつかの利点があります。まず、規則的な光ファイバのビーム半径と同程度の小さな局所的なビームファイバー結果の障害部位の間0.1の屈折率差が大きい。第二に、ポリマー無秩序な光ファイバがはるかに長いリフラクティブ結晶または溶融シリカに外部から書き込む無秩序波路より行うことができます。私たちは、60 cmの長繊維11の横アンダーソン局在を観察することができました。第三に、ポリマー無秩序光ファイバは、ファイバ13の光の波の輸送に依存している現実世界のデバイスレベルのアプリケーションのための、それが実用的な作り、柔軟性があります。 、乱れた光ファイバを製造するPMMAの40,000ストランドとPSの40,000ストランドがランダムに混在していた、どこにそれぞれSTRためにと直径8インチの長さと250であった。ランダムに混合ストランドは、約2.5インチの側幅正方形断面プリフォームに組み立てた。プリフォームは、その後、約250μm（ 図1）側の幅が正方形の光ファイバに描かれた。ランダムに元の繊維ストランドを混合するために、我々は、大規模なテーブルの上にPMMA繊維ストランドの層を広めるPS繊維ストランドの層を加えた後、ランダムにそれらを一緒に混合した。良好なランダム混合物が得られるまで手順を何度も繰り返した。 我々は、無秩序なポリマー光ファイバの画像屈折率プロファイルを走査型電子顕微鏡（SEM）を使用した。ブレードが損傷ファイバ端部の形態をので、このような鋭利な刃を用いて加熱されたとして正規劈開手法は、その屈折率プロファイルをマッピングするためにファイバ端部のSEM撮像用ファイバのサンプルを調製するために使用することができない。繊維を研磨すると、目の上に同じような有害な影響を与えているファイバ端の電子品質。 SEMイメージングのための高品質の試料を調製するために、我々は数分間液体窒素で各繊維を沈めた後、繊維を壊し、十分な繊維サンプルで行われている場合、15％の成功の周りにいくつかの良い繊維片（このメソッドの結果率）SEM撮像のための非常に高品質で滑らかな端面を有する。私たちは、その後60℃70％のエチルアルコール溶液を使用した°の繊維の端にPMMAサイトを溶解するために約3分間、長い露光全体ファイバ端を分解することができます。次に、金/パラジウムでコーティングしたサンプルをSEM室内にそれらを置いた。ズームインした不規則なポリマー光ファイバのSEM像を図2に示されている。ライトグレーのサイトはPSであり、ダークサイトはPMMAである。画像の幅の合計は、このイメージの最小特徴サイズは繊維ストランドの個々のサイトの大きさに対応する〜0.9μmで、描画処理の後である24μmで。 ます特性にするために乱れた光ファイバの導波特性をRIZE、私たちは、633 nmの波長でのHe-Neレーザーを使用していました。ヘリウムネオンレーザ次いで、高精度な電動ステージを使用して不規則なポリマー光ファイバに突き合わせ結合される約4μmのモードフィールド径を有するシングルモードSMF630hp光ファイバに結合されている。出力は、40X対物レンズを用いてCCDカメラのビームプロファイラ上に結像される。 最初の実験では、20種類の不規則繊維サンプル、それぞれ5-cmの長さを選んだ。5 cmの長さは、我々の数値シミュレーションにおける伝搬長さに合うように選ばれた。無秩序繊維の数値シミュレーションでも1,100の要素を持つ、高性能コンピューティング·クラスタ上で、一般的には非常に時間がかかるです。 633nmの波長のための完全な横アンダーソン局在のみ伝播11,12の約​​2.5 cmの後に発生するので、我々は5センチの長さが我々の目的のために十分であることを決定した。 STOCのためアンダーソン局在のhastic性質は、我々は、平均ビーム径の実験と数値を比較するために十分な統計情報を収集するために、100実現するための実験とシミュレーションの両方を繰り返す必要があった。実際には、100種類の測定は、20の異なる不規則繊維試料の各々に5空間的に分離さ測定を行うことによって得られる。 これは、ガラス光ファイバと比較して、測定のために不規則なポリマー光ファイバを製造するためにかなり困難である。たとえば、1は、標準的なシリカ系繊維のためによく開発され、高度な切断及び研磨ツールと技術を使用することはできません。ポリマー光ファイバを切断し、研磨するための洗練された手順は、アブディらによって報告されている14、。当社は繊維試料を調製するために、いくつかのマイナーな修正を加えて、そのメソッドを使用していました。劈開ポリマー不規則光ファ​​イバするために、湾曲したX-ACTOブレードを65℃に加熱する、C、および37°Cファイバ。きれい、垂直切断を行うことができるように、ファイバの先端が切断面上に整列される。ブレードは、ファイバの側に配置され、かつ迅速に渡って巻かれる。全体劈開プロセスは、ブレードおよび繊維の温度が大きく変化しないように、できるだけ速く行われるべきである。繊維を切断し、光学顕微鏡下でそれを検査した後、ファイバー端が軽微な欠陥が削除されていることを確実にするために標準ファイバラッピングシート（0.3μmのソーラボLFG03P酸化アルミニウム研磨紙）を使用して研磨される。ファイバ端部を研磨するためには、約1.5mm離れて研磨される端面から光ファイバを保持するピンセットをピンセットで保持される。繊維は、1インチの長い8の字型のパス、約8倍で紙の上に描かれています。光学顕微鏡で検査としてスムーズエッジ中の繊維の結果を研磨。また、研磨はLOCAへの適切な結合を促進する局所的なスポットを形成する前に、順番に結合や、初期伝搬距離の両方の減衰を低減する繊維でlizedスポット。 我々は、画像出力ビーム強度にCCDカメラビームプロファイラを使用していました。近接場強度プロファイル40X対物レンズを用いて撮影された。繊維の境界を見つけるために、我々はSMF630hpファイバからの入射光のパワーを増加させることによってCCDを飽和させた。境界に関してローカライズビームの強度プロファイルを検出した後、我々は自動露出オプションにCCDビームプロファイラを設定します。我々は、有効ビーム径を計算するために、強度分布の画像を用いる。周囲ノイズの影響を除去するために、我々はSMF630hp繊維の予想ビーム径を得ることを保証するために、画像処理手順を較正し。平均値の周りにビーム半径とそのバリエーションの平均測定値はヌメとよく一致ricalシミュレーションは、として文献11に示すように。ポリマー繊維で出力ビームのプロファイルは明らか文献に示すように、入射ビームの位置変化に追従。11,12,13。 このような局所的な光のビーム半径上の障害部位サイズと入射波長として設計パラメータの影響の包括的な研究は、文献に発表された。12,15は 。

<table><tbody><tr><td>ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>ポリスチレン(PS)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>65°Cの70%エチルアルコール溶液。C</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価

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

我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。開発されたポリマー光ファイバをランダムに混合し、250μmの側幅正方形の断面光ファイバに線引きされているポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリスチレン（PS）の80,000ストランドで構成されている。最初は、それぞれの鎖は、長径と8インチで200μmである。元の繊維ストランドの混合プロセスの間に、繊維が互いにクロスオーバーしたが、大きな延伸比は、屈折率プロファイルは、数十センチのためにファイバの長さに沿って不変であることを保証する。従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する小さな局所的なビーム半径で無秩序部位結果の間0.1の大きな屈折率差。入力された光は突合せ結合方式とNEAを使用して、標準のシングルモード光ファイバから起動さ不規則ファイバからのr-フィールド出力ビームは、40X対物レンズとCCDカメラを用いて撮像される。出力ビーム径は数値シミュレーションから予想される結果とよく一致している。この研究で示さ不規則光ファ​​イバは、2Dアンダーソン局在の最初のデバイスレベルの実装であり、​​潜在的に画像輸送および短距離光通信システムに使用することができる。

研磨されたファイバのSEM像を図1に示されている。ファイバ先端のほとんどの地域のために、磨く品質は良いですが、その図1に示すようにSEM像。エチルアルコール溶液、 図2に溶解させ、それらの端部を有する繊維試料のSEM画像は、グレー色の濃いとPS部位におけるPMMA部位を示している。 図2のSEM像は、繊維の24μmの幅を拡大している。 SEM像については、繊維サンプルは、Au / Pdを10nmの厚さの層で被覆されている。 本実験で用いた測定セットアップを図3に示す。 5センチメートル長のサンプル中のCCDビームプロファイラによって測定された出力ビーム強度は、 図4に示されている。強度プロファイルがビームが不規則繊維の横方向に局在していることを示している。強度プロファイル像するためには、CCD cは周囲雑音補正オプション<html>アメーラは、上に...

我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。この微細構造光ファイバは、従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する半径の小さなローカライズビームを輸送することができる。

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

本手順の全体的な目的は、光の横方向アンダーソン局在化のための無秩序光ファイバを作製し、その特性を評価することである。まず、ポリメタクリル酸メチルとポリスチレンのストランドを混合し、延伸工程用のプリフォームを作製する。次に、延伸したファイバの屈折率分布をイメージングする。走査電子顕微鏡を用いてPMMAファイバーが溶解したことを確認した後、アンダーソン局在の光学特性評価を行うため、延伸ファイバーの試料を劈開および研磨します。最終ステップとして、乱雑に構造化されたファイバーにヘリウムネオンレーザー光を照射し、光学セットアップを用いて試料をテストします。最終的に、局在化されたビームの出力強度プロファイルがCCDカメラビームプロファイラーで結像されます。光の横方向アンダーソン局在を示すには、まず約200本のPMMAストランドをテーブル上に広げ、次に同数のポリスチレンストランドをPMMAの上に広げます。これらのストランドを混ぜ合わせ、脇に置いておきます。PMMAのストランド40,000本とポリスチレンのストランド40,000本がランダムに混合されるまで、この手順を繰り返します。次に、ランダムに混合されたストランドを、一辺が約2.5インチの正方形のプリフォームに組み立てます。続いて、この種の工程を専門とする企業に依頼し、プリフォームを直径250 µmの光ファイバーに延伸させます。これは、元のファイバーの断面積を約64,000分の1に減少させることに相当します。次に、ポリマー光ファイバーを液体窒素に約10分間浸し、きれいに破断できるようにします。液体窒素によってファイバーが急速に冷却され、冷却に伴い非常に脆くなります。エタノール浴を準備し、65 °Cまで加温します。10分後、液体窒素から繊維を取り出し、速やかに半分に折断します。平滑な表面が得られる成功率は依然として約15%であるため、イメージング用に少なくとも20本の繊維を折断してください。この方法を用いて、サンプルの折断端を70%エタノールに約3分間浸漬させます。この間に、エタノールがファイバー内のPMMA部位を溶解させ、ポリスチレンファイバーのみが残ります。次に、ファイバーをサンプルホルダーに配置し、各サンプルに厚さ10 nanometerの金パラジウム層をコーティングします。その後、コーティングしたサンプルを走査電子顕微鏡のチャンバーに設置し、0.9 micron径のファイバーを最高の分解能で観察できる倍率で、5 kilo electron voltの電子ビームを用いてサンプルの屈折率プロファイルのイメージングを行います。光学的特性評価のために、約 25 centimeter 長のファイバーサンプルを準備します。その際、ファイバーを 37 °C に、ファイバーの切断に使用する曲面刃を 65 °C にあらかじめ温めておきます。これらの温度設定により、切断工程中に起こりうるファイバー先端の変形を防ぐことができます。次に、先端を垂直にきれいに切断できるよう、切断面上にファイバーを直線状に配置します。次に、ブレードをファイバーの側面に配置し、素早く転がすようにして切断します。常にカミソリのブレードをファイバーに対して直角に保ってください。光学顕微鏡を用いてファイバーの先端を確認し、ファイバーの側面に対して垂直に切断されていることを確かめてください。これにより、後の工程でのカップリング効率を向上させることができます。次に、各ファイバーの一端から1.5 mm離れた位置を保持し、0.3 µmの酸化アルミニウム研磨紙上で、1インチの長さの8の字を描くように1本ずつ研磨します。チップ全体が研磨されるように、約8回ループさせます。次に、波長633 nmの光を放出するヘリウムネオンレーザーを、直径4 µmのSMF 630 HPファイバーに結合させます。これを実現するために、まず3自由度ステージ上に20倍の対物レンズを設置します。また、2自由度を持つ平面ミラー2枚を設置します。まず、SMFファイバーを対物レンズの先端から8 mm離れた位置に配置し、次にミラーと対物レンズの位置を調整して、レーザー光がファイバーの先端に向くようにします。アライメントが完了したら、SMFファイバーの反対側をパワーメーターに接続します。結合電力が1 mWになるまで、ミラーと対物レンズの位置を調整し続けます。ファイバー特性評価の測定には1 mWの電力で十分です。次に、SMF 630 HPファイバーをポリマー光ファイバーに結合させます。電動ステージを使用します。この電動ステージは、デカルト座標系の3方向すべてに移動可能である必要があります。まず、横方向の制御を用いて2本のファイバーを互いに中心合わせします。次に、縦方向の変位を用いて、SMFファイバーをポリマーファイバーにできるだけ近づけます。SMFファイバーとポリマーファイバーの間のエアギャップを小さくすると、ビームの広がりを抑えることができます。次に、セットアップ全体を、縦方向に移動する2台目の電動ステージ上に配置します。この2台目の電動ステージを使用して、ビームをCCDカメラに合わせます。次に、光学顕微鏡と直角ミラーを用いてファイバーの位置を確認します。劈開または研磨工程によってポリマーファイバーの先端にわずかな傾きや変形が生じると、SMFとポリマーファイバーの間の最小エアギャップが制限される可能性があります。続いて、CCDカメラビームプロファイラーと40 x 対物レンズを用いて、ファイバーの出力を測定します。まず、対物レンズホルダーのノブを使用して、ポリマーファイバーの境界をモニターするためにCCDカメラを飽和させます。CCD上でポリマーファイバーの境界が観察できることを確認してください。次に、CCDと対物レンズを固定したまま、電動ステージを用いてセットアップを40 x対物レンズから遠ざけるか近づけることで、CCDカメラ上の画像にピントを合わせます。最後に、SMFから出射される入射ビームをポリマーファイバーの先端で横方向に走査し、ポリマーファイバーの異なる領域における局在化を観察します。消灯状態で、入射ビームの位置を変えて出射ビーム強度を測定します。入射ビームの5つの異なる位置でデータを収集し、20個のファイバーサンプルに対して測定を行うことで、計100回の異なる測定を実施します。その後、ビームプロファイルの100回の異なる測定値を平均し、ファイバーの横方向アンダーソン局在を示します。ここに、研磨したポリマーファイバーチップの完成品を示します。ポリマーファイバーチップの電子顕微鏡画像は、このプロトコルに従うことで、ほとんどの領域が良好に研磨されることを示しています。ポリメタクリル酸メチル繊維が溶解し、エタノールのみになると、ポリスチレン繊維だけが残ります。これが屈折率分布として知られるものであり、ポリスチレン繊維とポリメタクリル酸メチル繊維の配列を容易に表示することができます。ここに、5 cm伝搬後にCCDカメラで測定した強度プロファイルの例を示します。赤色は局在プロファイルを、黄色は強度の裾野を示しています。この画像は、無秩序ファイバの横方向に局在したファイバのものです。

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Engineering

工学

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ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価

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