Fabricação e caracterização de polímeros desordenados fibras ópticas para Transverse Anderson localização da Luz

O objetivo geral deste procedimento é fabricar e caracterizar uma fibra óptica desordenada para a localização transversal de Anderson da luz. Isso é feito misturando primeiro fios de polimetil, metacrilato e poliestireno e fazendo uma pré-forma para o processo de trefilação. O segundo passo é obter imagens do perfil do índice de refração da fibra trefilada.

Uma vez que as fibras de PMMA tenham sido dissolvidas usando microscopia eletrônica de varredura. Em seguida, as amostras de uma fibra trefilada são clivadas e polidas para a caracterização óptica da localização de Anderson. A etapa final é testar as amostras na configuração óptica, iluminando a fibra desordenada com luz laser de néon de hélio.

Em última análise, o perfil de intensidade de saída do feixe localizado é visualizado em um profiler de feixe de câmera CCD. Para mostrar a localização transversal de Anderson da luz Comece espalhando cerca de 200 fios de PMMA em uma mesa e, em seguida, espalhando o mesmo número de fios de poliestireno em cima do PMMA. Misture os fios e coloque-os de lado.

Repita este procedimento até que 40.000 fios de PMMA sejam misturados aleatoriamente com 40.000 fios de poliestireno. Em seguida, monte os fios misturados aleatoriamente em um quadrado, pré-formado com lados de cerca de 2,5 polegadas. Em seguida, faça com que a pré-forma seja desenhada em uma fibra óptica com diâmetro de 250 mícrons por uma empresa especializada nesse tipo de procedimento.

Isso representa uma redução de aproximadamente 64.000 vezes na área da seção transversal das fibras originais. Em seguida, mergulhe a fibra óptica do polímero em nitrogênio líquido por cerca de 10 minutos, para que uma fratura limpa possa ser feita. O nitrogênio líquido resfria rapidamente a fibra e a torna muito quebradiça à medida que as fibras esfriam.

Prepare um banho de álcool etílico e aqueça-o a 65 graus Celsius. Após 10 minutos, remova as fibras do nitrogênio líquido e quebre-as rapidamente ao meio. Quebre pelo menos 20 fibras para imagem como uma taxa de sucesso para obter uma superfície lisa ainda é de apenas cerca de 15% Usando este método, mergulhe as pontas quebradas das amostras em álcool etílico a 70% por cerca de três minutos.

Durante esse tempo, o álcool etílico dissolve os locais de PMMA na fibra, deixando para trás apenas as fibras de poliestireno. Em seguida, coloque as fibras em um porta-amostras e cubra cada amostra com uma camada de 10 nanômetros de espessura de paládio de ouro. Em seguida, coloque as amostras revestidas na câmara do microscópio eletrônico de varredura para imagem de imagem, o perfil do índice de refração das amostras usando um feixe de elétrons de cinco quilovolts em uma ampliação que permite a melhor resolução das fibras de 0,9 mícron de diâmetro.

Prepare amostras de fibra de cerca de 25 centímetros de comprimento para caracterização óptica, pré-aquecendo as fibras a 37 graus Celsius e uma lâmina curva usada para cortar as fibras a 65 graus Celsius. Essas temperaturas evitam a deformação da ponta da fibra que pode ocorrer durante o processo de clivagem. Em seguida, uma linha de fibra em uma superfície de corte para que um corte perpendicular limpo possa ser feito na ponta.

Em seguida, coloque a lâmina na lateral da fibra e role rapidamente a lâmina sobre ela. Mantenha a lâmina de barbear em ângulo reto com a fibra o tempo todo. Inspecione a ponta da fibra usando um microscópio óptico para certificar-se de que a ponta da fibra esteja clivada perpendicularmente aos lados da fibra.

Isso permite um melhor acoplamento mais tarde no procedimento. Em seguida, polir cada fibra, uma de cada vez, segurando-as a 1,5 milímetros de distância de uma extremidade e puxando a fibra em uma polegada de comprimento. Figura oito caminhos moldados em papel de polimento de óxido de alumínio de 0,3 mícron.

Faça aproximadamente oito voltas para garantir que toda a ponta seja polida. Em seguida, um par de laser de néon de hélio emitindo um comprimento de onda de luz de 633 nanômetros para uma fibra SMF 630 HP de quatro mícrons de diâmetro. Para alcançar este primeiro lugar, um objetivo de 20 x em um palco com três graus de liberdade.

Também coloque dois espelhos planos com dois graus de liberdade. Inicialmente, coloque a fibra SMF a oito milímetros de distância da ponta da objetiva e, em seguida, reposicione os espelhos e a objetiva para direcionar a luz do laser para a ponta da fibra. Uma vez alinhado, conecte o outro lado da fibra SMF a um medidor de energia.

Continue a ajustar a posição dos espelhos e da objetiva até que uma potência acoplada de um miliwatt seja alcançada. Um miliwatt é potência suficiente para as medições de caracterização da fibra. Próximo casal, a fibra SMF 630 HP para a fibra óptica de polímero.

Usando um estágio motorizado, o estágio motorizado deve poder ser movido em todas as três direções cartesianas. Primeiro, centralize as duas fibras juntas usando o controle transversal. Em seguida, use o deslocamento longitudinal para mover a fibra SMF o mais próximo possível da fibra de polímero.

Um espaço de ar menor entre a fibra SMF e a fibra de polímero reduzirá a expansão do feixe. Em seguida, toda a configuração em um segundo estágio motorizado que se move na direção longitudinal. O segundo estágio motorizado será usado para alinhar o feixe com a câmera CCD.

Em seguida, observe a posição das fibras usando um microscópio óptico e um espelho em ângulo reto. Uma pequena inclinação ou deformação na ponta da fibra de polímero devido aos processos de clivagem ou polimento pode limitar o espaço mínimo de ar entre o SMF e a fibra de polímero. Em seguida, use um perfilador de feixe de câmera CCD para medir a saída da fibra usando uma objetiva de 40 x.

Primeiro, sature a câmera CCD para monitorar os limites da fibra de polímero usando os botões no suporte da objetiva. Certifique-se de que os limites da fibra de polímero possam ser observados no CCD. Em seguida, use o estágio motorizado para focar a imagem na câmera CCD movendo a configuração para longe ou em direção à objetiva de 40x enquanto o CCD e a objetiva são fixos.

Finalmente, varra transversalmente o feixe incidente que sai do SMF através da ponta da fibra polimérica para observar a localização em diferentes regiões da fibra polimérica. Meça a intensidade do feixe de saída para diferentes posições do feixe incidente com as luzes apagadas. Colete dados em cinco posições diferentes do feixe incidente e realize as medições para 20 amostras de fibra para um total de 100 medições diferentes.

100 medições diferentes dos perfis de feixe são então calculadas para mostrar a localização transversal de Anderson da fibra. Aqui é mostrado o produto final de uma ponta de fibra de polímero polido. A imagem do microscópio eletrônico da ponta da fibra de polímero mostra que a maioria das regiões acaba sendo bem polida seguindo esse protocolo.

Quando as fibras de polimetilmetacrilato são dissolvidas e o etanol, apenas as fibras de poliestireno permanecem. Isso é conhecido como perfil de índice de refração, que exibe facilmente o arranjo das fibras de poliestireno e polimetilmetacrilato. Um exemplo de perfil de intensidade medido pela câmera CCD é mostrado aqui após cinco centímetros de propagação.

O vermelho indica o perfil localizado e o amarelo é a cauda da intensidade. Esta imagem é de uma fibra localizada na direção transversal da fibra desordenada.