Name: 빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 19 s
Description: 배우세요 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성 분석 방법을 통해 횡방향 앤더슨 현지화 현상을 구현하는 기술을 익히세요. 이 방법은 광 통신 및 센싱 기술의 새로운 응용 가능성을 제시합니다.

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이 연구는 국립 과학 재단에서 부여 번호 1029547에 의해 지원됩니다. 저자는 초기 섬유 세그먼트와 마지막 광섬유의 다시 그리기를 제공하기위한 패러다임 광학 주식 회사에서 DJ 웰커을 인정하고 싶습니다. 저자는 또한 스티븐 Hardcastle 및 SEM 이미징을위한 헤더 A. 오웬을 인정합니다.

1. 무질서 폴리머 광섬유를 제조 <ol><li> 테이블에 PMMA 가닥의 약 200 확산과 PMMA의 상단에 PS 가닥의 같은 수의 확산. 혼합 가닥을 재 포장. PMMA 40,000 가닥 무작위 PS 40,000 가닥과 혼합 될 때까지이 절차를 반복합니다. </li><li> 약 2.5 인치의 측면 폭 광장 프리폼에 무작위로 혼합 가닥을 조립합니다. </li><li> 250 ㎛의 직경을 가진 광섬유에 프리폼을 그립니다. 프리폼들은 표준 절차 16을 사용하여 통합 패러다임 광학에 그려집니다. </li></ol> 2. 영상 무질서 섬유의 굴절률 프로필 <ol><li> 이러한 이미지 결과 광섬유의 굴절률 프로파일에 탑콘 ABT로 SEM을 사용합니다. </li><li> 물속에 폴리머 광섬유 약 10 분 동안 액체 질소의 샘플 및 다음 반으로 휴식. </li><li> 에틸 알콜에 잠수함 샘플 깨진 팁. 애약 65 ℃에서 용액의 EP 온도 에틸 알코올 섬유 PMMA 사이트를 용해 될 때까지 3 분 정도 용액에 시료를 남겨주세요. </li><li> 10 나노 미터 두께의 Au / 팔라듐 층과 SEM의 챔버에서 샘플을 배치와 코트 각각의 샘플입니다. </li></ol> 3. 광학 특성에 대한 섬유 샘플을 준비 <ol><li> 5cm 긴 섬유 샘플을 준비합니다. </li><li> 65 ° C에 곡선 칼날을 가열하고 37 섬유 ° C. 오른쪽 온도를 사용하면 쪼개서 과정에서 발생할 수있는 섬유 팁의 변형을 방지 할 수 있습니다. </li><li> 잘라 깨끗 수직이 될 수 있도록, 절단 표면에 섬유의 끝을 맞 춥니 다. 섬유의 측면에서 블레이드를 배치하고 빠르게 가로 질러. </li><li> 섬유 끝이 섬유면에 수직으로 쪼개되어 있는지 확인하기 위해 광학 현미경을 사용하여 섬유 끝을 검사합니다. 쪼개서 과정에서 직각으로 면도날은 일의 틸팅을 방지하기 위해 유지전자 팁. </li><li> 섬유 샘플을 닦는 등 THORLABS LFG03P 알루미늄 산화물 연마 종이 (0.3 μM)로 연마 용지를 사용하십시오. 섬유 끝을 연마, 족집게 얼굴이 연마되는 약 1.5 mm 떨어져 섬유를 파지와 핀셋의 쌍에 고정. 1 인치 길이의 용지에 섬유 그림 - 8 모양의 경로, 약 8 시간을 그립니다. 그림-8 모양의 경로는 전체 끝이 광택이 있는지 확인합니다. </li></ol> 4. 섬유 샘플에서 전파 빔의 빔 프로파일을 측정 <ol><li> 20X 목표와 두 개의 평면 거울을 사용하여 SMF630hp 섬유에 커플 그는 - 느 레이저를. 2 자유도 함께 무대에 평면 거울을 배치합니다. 3 자유도 함께 무대에 목적을 둡니다. 처음에는 8mm의 거리 거리 목표 끝에서 SMF 섬유를 유지합니다. 미러 홀더 및 목적 홀더 손잡이를 사용하여 섬유의 끝 부분에 레이저 빛을 조명. S의 다른 쪽을 연결파워 미터에 MF. SMF에 커플 전력은 미러 홀더의 손잡이를 사용하여뿐만 아니라 목적 홀더 횡단 손잡이. 커플 링의 효율이 크게 목적 홀더에 수직 위치 노브를 사용하여 증가시킬 수 있습니다. 1 ㎿가 결합 된 힘은 충분히 측정이다. </li><li> THORLABS MAX343 자동화 단계를 사용하여 폴리머 광섬유에 몇 SMF630hp 섬유. 전동 무대는 세 개의 직교 방향으로 이동할 수 있습니다. 몇 고분자 섬유 팁의 중심에, 자유의 횡단도 SMF 섬유를 사용. 무대의 종 방향 변위를 사용하여 고분자 섬유에 가깝게 가능한 SMF 섬유를 놓습니다. SMF와 고분자 섬유 사이의 작은 에어 갭은 빔의 확장을 줄일 수 있습니다. 길이 방향으로 이동하는 두 번째 전동 무대에 전체 설치를 놓습니다. 4.4에서 설명되므로 두 번째 전동 무대 영상에 사용됩니다. </li><li> 광학 M을 사용하여icroscope과 직각 거울, SMF는 고분자 섬유의 중앙에 결합, 두 섬유 사이의 에어 갭 가능한 한 작은 것이 있는지 확인하기 위해 SMF 및 고분자 섬유의 위치를​​ 모니터링 할 수 있습니다. 고분자 섬유 팁 고분자 섬유 팁 또는 변형의 작은 기울기 프로세스를 쪼개기 또는 연마 때문에 SMF 및 고분자 섬유 사이의 최소 에어 갭을 제한 할 수 있습니다. SMF 섬유 고분자 섬유의 끝에서 이동할 수 있어야하기 때문에 섬유 사이에 작은 간격이 필요합니다. 유일하게 커플 링 프로세스를 쉽게하기 위해 고분자 섬유 센터에서 SMF를 놓습니다. 실험 기간 동안, 횡 고분자 섬유의 다른 지역에서 지역화를 관찰하기 위해 고분자 섬유의 끝 부분을 통해 SMF에서 제공되는 입사 광선을 청소. </li><li> 40X 목표를 사용하여 섬유의 출력을 측정하는 CCD 카메라 빔 프로파일을 사용합니다. 첫째, 고분자 섬유의 경계를 모니터링하는 CCD 카메라를 포​​화.목적 홀더 손잡이를 사용하여 고분자 섬유 경계가 CCD에 관찰 할 수 있는지 확인합니다. </li><li> 전체 설치 (4.2 참조) 길이 방향, CCD의 이미지가 CCD와 목표를 수정하는 동안 멀리 또는 40X 목적으로 설치를 이동하여 초점을 맞추고 있는지 확인을 움직이는 동력 단계를 사용합니다. 집중을위한 메트릭으로, CCD에 몇 군데 프로필은 초점에서 최소 크기를해야한다. 빔의 초점을 맞춘 이미지를 시각적으로 감기해서는 안됩니다. </li><li> 입력의 끝에서 입사 빔을 이동하고 다른 입사 빔 위치의 출력 빔의 강도를 측정합니다. 입사 빔의 5 가지 위치에 대한 데이터를 수집합니다. 20 섬유 샘플에 대한 측정을 수행하고 100 개의 다른 측정의 합계를 수집합니다. </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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</ol>

저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

섬유 그리기 과정에서 굴절률 프로파일은 모두 있기 때문에 원래의 섬유 가닥의 크로스 오버의도 때문에 추첨 과정에서 섬유 직경의 변형, 미터 이상 일정하게 유지되지 않습니다. 우리는 안정 공법 여기보고와 비교 긴 섬유 길이에 불변 광 섬유를 제조하는 데 도움이 될 것으로 기대합니다. 섬유 팁의 SEM 이미지에 대한 샘플을 준비하고, 우리는 샘플이 충분히 긴 시간 (2 ~ 3 분)에 대한 70 % 전자 메틸 알코올 용액에 남아 적당한 온도 (65 ° C)에 남아 있는지 확인해야합니다 . 샘플이 더 이상 PMMA의 상단에 레이어를 멀리 에칭하는 데 필요한 3 분 이상 전자 메틸 알코올 용액에 남아있는 경우, 섬유 끝이 분해 할 수 있습니다. 에서 고분자 섬유 SMF630hp 섬유 엉덩이 커플 링, 그것은 사고 섬유 가까이에 가능한 것이 중요합니다<html> 그것은 무질서 섬유를 도달하기 전에 고분자...

PW 앤더슨 1에 의한 이론적 연구에서, 그것은 양자 전자 시스템에서 장애의 존재, 확산 프로세스가 중지 및 지역화 전자 국가가 개발하는 표시했다. 앤더슨 지역화는 또한 빛으로 클래식 파도 발생할 수있는 웨이브 현상이다. 광학 2,3 앤더슨 지역화의 이론적 예측 때문에, 전자파 4,5 실험적으로이 현상을 실현하기 위해 많은 노력이 있었다. 그러나, 광 산란 단면적은 대부분 광학 재료의 낮은 굴절률 대비로 인해 너무 자주 작기 때문에 강력한 현지화를 달성하기 매우 어려운되었습니다. 1989 년 드 Raedt 등 6.은 낮은 굴절률 대비와 준 두 차원 무질서 광학 시스템 앤더슨 현지화를 관찰하는 것이 가능하다는 것을 보여 주었다. 장애는 지주의 횡단면에 국한되어있는 경우 그들은 그렇게 보여길이 방향으로 고정 매체에 파도 agating, 빔 강력한 횡단 산란에 의한 횡 방향에있는 작은 영역에 국한 남아있을 수 있습니다. 가로 앤더슨 현지화 먼저 사진 굴절 크리스탈 7 간섭 패턴을 사용하여 만든 두 개의 차원 도파로에서 관찰되었다. 용융 실리카는 무질서 도파관은 샘플에 따라 펨토초 펄스를 사용하여 작성하는 횡 앤더슨 현지화 8,9의 관찰에 사용 된 다른 매체입니다. 위에서 언급 한 시스템의 무질서 사이트의 굴절률의 차이가 10 -4의 순서에, 그래서 현지화 반경은 매우 큽니다. 또한 일반적인 도파관은 몇 센티미터보다 일반적으로 더 이상 있지 않으며, 따라서 그들은 유도 파 응용 프로그램을위한 실용적되지 않을 수 있습니다. 우리는 한 차원 무질서 도파관의 가로 앤더슨 현지화의 관찰은 이전 재에보고 된 것을 지적F 10. 여기에서 개발 된 광섬유 유도 파 응용 프로그램 11,12에 대한 횡 방향 앤더슨 현지화의 이전 실현에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 일반 광학 섬유의 빔 반경에 비해 작은 지역화 된 빔 섬유 결과의 장애 사이트 간의 0.1의 큰 굴절률 차이. 둘째, 고분자 무질서 광학 섬유는 더 이상 굴절 결정 또는 용융 실리카에 외부에서 작성 무질서 도파로보다 할 수있다. 우리는 60 cm 길이의 섬유 11 가로 앤더슨 현지화을 관찰 할 수 있었다. 셋째, 폴리머 무질서 광학 섬유는 섬유 13 광파의 전송에 의존하는 현실 세계의 디바이스 레벨 애플리케이션에 실용적, 유연합니다. 무질서 광학 섬유를 제조하기 위해, PMMA 40,000 가닥 PS 40,000 가닥 무작위로 혼합 여기서 각 STR직경 8 인치 250 μM이었다. 무작위로 혼합 물가는 약 2.5 인치의 측면 폭의 사각 단면 프리폼에 조립 하였다. 프리폼 후 약 250 μm의 (그림 1)의 측면 폭 광장 광섬유로 그려졌다. 무작위로 원래의 섬유 가닥을 혼합하기 위해, 우리는 큰 테이블에 PMMA 광섬유 가닥의 레이어를 확산 PS 섬유 가닥의 레이어를 추가 한 다음, 무작위로 그들을 함께 혼합. 좋은 임의의 혼합물을 얻을 때까지 과정을 여러 번 반복했다. 우리는 이미지 무질서 폴리머 광섬유의 굴절률 프로파일에 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용했다. 같은 날카로운 가열 블레이드를 사용하는 등 정기적으로 쪼개는 기술은, 그것의 굴절률 프로파일을 매핑하는 섬유 종료의 SEM 영상의 섬유 샘플을 준비하는 데 사용할 수 없습니다 칼날이 손상 섬유 끝의 형태를 때문입니다. 섬유를 연마하는 일에 유사한 해로운 영향을 미친다섬유 끝의 전자 품질. SEM 영상을위한 고품질의 샘플을 준비하기 위해, 우리는 몇 분 동안 액체 질소의 각 섬유를 물속에 잠긴 후 섬유 파산, 몇 가지 좋은 섬유 조각에 충분한 섬유 샘플에서 수행하는 경우,이 메소드는 결과 (15 % 성공 정도 속도) SEM 영상에 대한 매우 높은 품질과 매끄러운 끝 표면. 우리는 다음 광섬유 끝 PMMA 사이트를 녹이는 3 분 약 60 ° C에서 알코올 용액 에틸 70 %를 사용, 더 이상 노출은 전체 섬유 끝을 분해 할 수 있습니다. 우리는 AU / 파킨슨 병 샘플을 코팅 SEM 챔버에서 그들을 배치. 이 확대 된 무질서 폴리머 광섬유의 SEM 이미지를 그림 2에 표시됩니다. 밝은 회색 사이트는 PS하며 어두운 사이트는 PMMA이다. 이미지의 전체 폭이 이미지의 작은 기능 크기는 그리기 프로세스가 완료되면 섬유 가닥의 개별 사이트의 크기에 해당하는 ~ 0.9 μm의, 우리는 24 μm의 수 있습니다. characte하기 위해서는무질서 광섬유의 도파 특성을 리제, 우리는 633 nm의 파장에서 그는 - 네 레이저를 사용했습니다. 그는 - 느 레이저 후 고정밀 자동화 단계를 사용하여 무질서한 폴리머 광섬유로 엉덩이 결합되어 4 ㎛ 정도의 모드 필드 직경 단일 모드 SMF630hp 광섬유로 결합된다. 출력은 40X 목표를 사용하여 CCD 카메라 빔 프로파일에 몇 군데 있습니다. 실험의 첫 번째 세트에서, 우리는 20 개의 다른 무질서 섬유 샘플, 각 5 cm 길이를 선택, 5 cm 길이 우리의 수치 시뮬레이션에서 전파의 길이에 맞게 선택되었다. 무질서 섬유의 수치 시뮬레이션도 1100 요소와 고성능 컴퓨팅 클러스터에서, 일반적으로 매우 시간이 소모됩니다. 633 ㎚의 파장에 대한 전체 가로 앤더슨 현지화는 전파 11,12 약 2.5 cm 후에 발생하므로, 우리는 5 cm 길이 우리의 목적을 위해 충분하다고 결정했다. STOC 때문에앤더슨 현지화 hastic 자연, 우리는 평균 빔 직경의 실험 및 수치 값을 비교하기에 충분한 통계를 수집하기 위해 100 실현을위한 실험과 시뮬레이션 모두를 반복 할 필요가 있었다. 실제로, 100 개의 다른 측정은 20 개의 다른 무질서 섬유 샘플의 각 다섯 공간적으로 분리 측정을하여 얻을 수 있습니다. 그것은 유리 광섬유에 비해 측정 무질서 폴리머 광섬유를 준비하기 매우 어렵습니다. 예를 들어, 하나는 고급 쪼개서 표준 실리카 기반의 광섬유에 대해 잘 개발 된 연마 도구와 기법을 사용할 수 없습니다. 폴리머 광섬유 쪼개는 및 연마 세련된 절차는 아브디 등에 의해보고되었다 14;. 우리는 우리의 섬유 샘플을 준비하기 위해 약간의 수정을 자신의 방법을 사용했다. 다니엘 폴리머 무질서 광섬유하기 위해서는, 곡선 X-ACTO 블레이드는 65 ℃로 가열 될 때, C 및 37 ° C 섬유. 깨끗하고 수직 절단이 이루어질 수 있도록 섬유의 끝은 절단 표면에 정렬됩니다. 잎은 섬유의 측면에 배치하고, 신속 걸쳐 롤백됩니다. 전체 쪼개는 과정은 블레이드 섬유의 온도가 크게 변경되지 않도록 최대한 빨리 수행해야합니다. 섬유를 쪼개기 및 광학 현미경 하에서 검사 한 후, 섬유 끝은 사소한 결함이 제거되는 것을 보장하기 위해 표준 파이버 랩핑 시트 (0.3 μm의 THORLABS LFG03P 알루미늄 산화물 연마 종이)를 사용하여 닦는다. 섬유 끝을 연마, 그것은 끝 얼굴이 연마되는 약 1.5 mm 떨어져 섬유를 들고 핀셋 핀셋에서 개최됩니다. 섬유는 1 인치 길이의 용지에 그려진 그림-8 모양의 경로, 약 8 시간이. 광학 현미경 검사로 부드러운 가장자리의 섬유 결과를 연마. 또한, 연마 로카에 적절한 결합을 용이하게지역화 자리가 형성되기 전에 다시 커플 링과도 초기 전파 거리를 모두 감쇠를 줄일 섬유에 lized 자리. 우리는 이미지 출력 빔의 강도에 CCD 카메라 빔 프로파일 러를 사용했다. 니어 필드 강도 프로파일은 40X 목표를 사용하여 촬영 하였다. 섬유의 경계를 찾기 위해, 우리는 SMF630hp 섬유에서 들어오는 빛의 힘을 증가시켜 CCD 포화. 경계와 관련하여 지역화 된 빔의 강도 프로파일을 감지하면, 우리는 자동 노출 옵션으로 CCD 빔 프로파일을 설정합니다. 우리는 효과적인 빔 반경을 계산하기 위해 강도 프로파일의 이미지를 사용했습니다. 주변 잡음의 영향을 제거하기 위하여는, 우리는 우리가 SMF630hp 섬유의 예상 빔 직경을 얻을 수 있도록하기 위해 이미지 처리 절차를 보정. 평균 값 주변의 빔 반경의 차이의 평균 측정 값은 누메와 잘 일치rical 시뮬레이션과 같은 참조에 표시. 11. 참고 문헌 같이 고분자 섬유 출력 빔 프로파일 명확하게 입사 빔의 위치 변화를 따릅니다. 11,12,13합니다. 같은 지역화 된 빔의 빔 반경 장애 사이트 크기와 사건의 파장으로 설계 변수의 영향의 포괄적 인 연구는 참고 문헌에 제시 하였다. 12,15가.

<table><tbody><tr><td>폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>폴리스티렌 (PS)</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>65 &deg에 70% 에틸 알콜 해결책; 씨</td><td></td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성

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

우리는 새로운 도파 메커니즘으로 가로 앤더슨 지역화를 사용 무질서 폴리머 광섬유의 개발과 특성. 개발 된 폴리머 광은 무작위로 혼합하여 250 ㎛의 측면 폭의 사각 단면 광섬유로 그려 폴리 (메틸 메타 크릴 레이트) (PMMA)와 폴리스티렌 (PS) 80,000 가닥으로 구성되어 있습니다. 처음에는 각 가닥 긴 직경 200 μm의와 8 인치입니다. 원래 섬유 가닥의 혼합 과정 중에 섬유는 서로 교차하지만, 큰 무승부 비율은 굴절률 프로파일이 수십 센티미터에 대한 섬유의 길이에 따라 불변임을 보장합니다. 기존의 광섬유 빔 반경에 필적 작은 지역화 된 빔 반경 난잡한 사이트 결과 사이에 0.1의 큰 굴절률 차이. 입력 광은 엉덩이 커플 링 방법과 동북아를 사용하여 표준 단일 모드 광섬유에서 시작됩니다무질서 섬유 R-필드 출력 빔은 40X 목표와 CCD 카메라를 사용하여 이미지가됩니다. 출력 빔 직경은 수치 시뮬레이션에서 예상되는 결과와 잘 일치. 이 연구에서 제시 무질서 광섬유 2D 앤더슨 지역화의 첫 번째 장치 수준의 구현, 그리고 잠재적으로 이미지 전송 및 단거리 광통신 시스템에 사용할 수 있습니다.

광택 섬유의 SEM 이미지는 그림 1에 표시됩니다. 섬유 팁의 대부분의 지역을 위해, 폴란드어 품질이 좋은, 그 그림 1의 SEM 이미지. 에틸 알코올 용액, 그림 2에 녹이고 그 끝 섬유 시료의 SEM 이미지는 회색 색상 어두운 PS 사이트의 PMMA 사이트를 보여줍니다. 그림 2의 SEM 이미지는 섬유의 24 μm의 폭에로 확대된다. SEM 이미징, 섬유 샘플 AU / 팔라듐의 10 나노 미터 두께의 층으로 코팅되어 있습니다. 이 실험에서 사용 된 측정 셋업은 그림 3에 나와 있습니다. 5cm 길이의 샘플 CCD 빔 프로파일에 의해 측정 된 출력 빔의 강도는 그림 4에 표시됩니다. 강도 프로파일은 빔이 무질서 섬유의 횡 방향으로 지역화 된 것을 보여줍니다. 강도 프로필 이미지 위하여, CCD ...

우리는 새로운 도파 메커니즘으로 가로 앤더슨 지역화를 사용 무질서 폴리머 광섬유의 개발과 특성. 이 마이크로 구조 광섬유는 기존의 광섬유 빔 반경에 필적 반경 작은 지역화 된 빔을 수송 할 수 있습니다.

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

이 절차의 전반적인 목표는 빛의 횡단 안데르손 국소화(transverse Anderson localization)를 위한 무질서 광섬유를 제작하고 그 특성을 분석하는 것입니다. 이는 먼저 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)와 폴리스티렌(polystyrene) 가닥을 혼합하여 인발 공정용 프리폼(preform)을 제작함으로써 이루어집니다. 두 번째 단계는 인발된 광섬유의 굴절률 프로파일을 이미지화하는 것입니다.주사 전자 현미경을 사용하여 PMMA 섬유를 용해시킨 후, 다음으로 앤더슨 국소화(Anderson localization)의 광학적 특성을 분석하기 위해 인출된 섬유 샘플을 절단하고 연마합니다. 마지막 단계는 헬륨 네온 레이저 광으로 무질서한 섬유를 조사하여 광학 장치에서 샘플을 테스트하는 것입니다.최종적으로, 국소화된 빔의 출력 강도 프로파일을 CCD 카메라 빔 프로파일러로 이미징합니다. 빛의 횡방향 앤더슨 국소화를 보여주기 위해, 먼저 약 200개의 PMMA 가닥을 테이블 위에 펼친 다음, 그 위에 동일한 수의 폴리스티렌 가닥을 펼칩니다. 가닥들을 함께 섞은 후 한쪽으로 옮겨 둡니다.PMMA 가닥 40,000개와 폴리스티렌 가닥 40,000개가 무작위로 혼합될 때까지 이 절차를 반복합니다. 그다음, 무작위로 혼합된 가닥들을 한 변의 길이가 약 2.5인치인 정사각형 프리폼으로 조립합니다. 이어서, 이러한 공정을 전문으로 하는 업체를 통해 프리폼을 직경 250µm의 광섬유로 인발합니다.이는 원래 섬유의 단면적을 약 64,000배 감소시킨 결과입니다. 그런 다음 깨끗하게 파단할 수 있도록 폴리머 광섬유를 액체 질소에 약 10분 동안 담급니다. 액체 질소는 섬유를 빠르게 냉각시켜 섬유가 식으면서 매우 부서지기 쉬운 상태가 되게 합니다.에틸 알코올 조(bath)를 준비하고 65 °C로 가열합니다. 10분 후, 액체 질소에서 섬유를 꺼내 빠르게 반으로 부러뜨립니다. 매끄러운 표면을 얻을 확률이 약 15% 정도이므로, 이미징을 위해 최소 20개 이상의 섬유를 부러뜨리십시오. 이 방법을 사용하여 샘플의 부러진 팁 부분을 70% 에틸 알코올에 약 3분 동안 담급니다.이 시간 동안 에틸 알코올이 섬유 내의 PMMA 부위를 용해시켜 폴리스티렌 섬유만 남게 됩니다. 다음으로, 섬유를 샘플 홀더 위에 놓고 각 샘플을 10 nanometer 두께의 금-팔라듐 층으로 코팅합니다. 그런 다음 코팅된 샘플을 주사전자현미경 챔버에 넣고, 0.9 micron 직경의 섬유를 최적의 해상도로 관찰할 수 있는 배율과 5 kilo electron volt 전자빔을 사용하여 샘플의 굴절률 프로파일 이미지를 촬영합니다.광학적 특성 분석을 위해 약 25 centimeter 길이의 광섬유 샘플을 준비합니다. 이때 광섬유는 37 °C로, 광섬유 절단에 사용되는 곡선형 칼날은 65 °C로 미리 가온합니다. 이러한 온도 설정은 절단 과정에서 발생할 수 있는 광섬유 팁의 변형을 방지하기 위함입니다. 다음으로, 팁 부분을 깨끗하게 수직으로 절단할 수 있도록 절단면 위에 광섬유를 일렬로 배치합니다.그런 다음 칼날을 광섬유 측면에 대고 빠르게 굴려 절단합니다. 이때 면도날은 항상 광섬유와 직각을 유지해야 합니다. 광학 현미경을 사용하여 광섬유 끝부분을 검사하여 광섬유 측면에 수직으로 절단되었는지 확인하십시오.이렇게 하면 이후 절차에서 결합 효율을 높일 수 있습니다. 다음으로, 각 광섬유의 한쪽 끝에서 1.5 mm 떨어진 지점을 잡고 0.3 µm 산화알루미늄 연마지 위에서 8자 모양으로 약 1인치 길이만큼 끌어당겨 하나씩 연마합니다.팁 전체가 연마되도록 약 8회 정도 루프를 형성합니다. 그런 다음 633 nm 파장의 빛을 방출하는 헬륨-네온 레이저를 직경 4 µm의 SMF 630 HP 광섬유에 결합합니다. 이를 위해 먼저 3자유도 스테이지 위에 20x 대물렌즈를 배치합니다.또한 2자유도를 가진 평면 거울 두 개를 배치합니다. 처음에는 SMF 광섬유를 대물렌즈 팁에서 8 mm 떨어진 곳에 두고, 거울과 대물렌즈의 위치를 조정하여 레이저 광이 광섬유 팁으로 향하게 합니다. 정렬이 완료되면 SMF 광섬유의 반대편을 전력계에 연결합니다.결합 출력이 1 mW가 될 때까지 거울과 대물렌즈의 위치를 계속 조정하십시오. 1 mW는 광섬유 특성 측정에 충분한 출력입니다. 다음으로, SMF 630 HP 광섬유를 고분자 광섬유에 결합하십시오.전동 스테이지를 사용하며, 해당 전동 스테이지는 세 가지 데카르트 좌표 방향 모두로 이동 가능해야 합니다. 먼저 횡방향 제어를 통해 두 광섬유의 중심을 맞춥니다. 그런 다음 종방향 변위를 이용하여 SMF 광섬유를 폴리머 광섬유에 최대한 가깝게 이동시킵니다.SMF 광섬유와 폴리머 광섬유 사이의 공극을 더 작게 하면 빔의 확장을 줄일 수 있습니다. 다음으로, 전체 장치를 종방향으로 이동하는 두 번째 전동 스테이지 위에 배치하십시오. 이 두 번째 전동 스테이지는 CCD 카메라와 빔의 정렬을 맞추는 데 사용됩니다.그 다음, 광학 현미경과 직각 거울을 사용하여 섬유의 위치를 관찰합니다. 절단 또는 연마 공정으로 인해 폴리머 섬유 팁에 발생한 미세한 기울어짐이나 변형은 SMF와 폴리머 섬유 사이의 최소 공극(air gap)을 제한할 수 있습니다. 이어서, CCD 카메라 빔 프로파일러와 40x 대물렌즈를 사용하여 섬유의 출력을 측정합니다.먼저, 대물렌즈 홀더의 노브를 사용하여 고분자 섬유의 경계를 모니터링하며 CCD 카메라를 포화시킵니다. CCD 상에서 고분자 섬유의 경계가 관찰되는지 확인하십시오. 그런 다음, CCD와 대물렌즈가 고정된 상태에서 전동 스테이지를 사용하여 장치를 40x 대물렌즈에서 멀어지게 하거나 가까이 이동시켜 CCD 카메라의 이미지 초점을 맞춥니다.마지막으로, SMF에서 나오는 입사 빔을 폴리머 파이버의 팁에 걸쳐 횡방향으로 스캔하여 폴리머 파이버의 서로 다른 영역에서 국소화를 관찰합니다. 조명을 끈 상태에서 입사 빔의 위치를 달리하여 출력 빔 강도를 측정합니다. 입사 빔의 다섯 가지 서로 다른 위치에서 데이터를 수집하고, 20개의 파이버 샘플에 대해 측정을 수행하여 총 100회의 서로 다른 측정을 실시합니다.빔 프로파일의 서로 다른 100가지 측정값을 평균하여 광섬유의 횡방향 앤더슨 국소화(transverse Anderson localization)를 보여줍니다. 여기에는 연마된 폴리머 광섬유 팁의 최종 결과물이 나타나 있습니다. 폴리머 광섬유 팁의 전자현미경 이미지는 이 프로토콜을 따른 후 대부분의 영역이 잘 연마되었음을 보여줍니다.폴리메틸메타크릴레이트 섬유가 용해되어 에탄올만 남게 되면 폴리스티렌 섬유만 남게 됩니다. 이것이 굴절률 프로파일로 알려진 것이며, 이를 통해 폴리스티렌과 폴리메틸메타크릴레이트 섬유의 배열을 쉽게 확인할 수 있습니다. 5cm 전파 후 CCD 카메라로 측정한 강도 프로파일의 예가 여기에 표시되어 있습니다.빨간색은 국소화된 프로파일을 나타내며 노란색은 강도의 꼬리 부분을 나타냅니다. 이 이미지는 무질서한 광섬유의 횡방향으로 국소화된 광섬유의 모습입니다.

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