تصميم وتصنيع الألياف الضوئية مصنوعة من الماء
Summary
ويصف هذا البروتوكول تصميم وصنع جسر الماء وتنشيطه كألياف الماء. التجربة تثبت أن تعدل الأصداء الشعرية من الألياف الماء انتقاله البصري.
Abstract
في هذا التقرير، ألياف الضوئية التي الأساسية يتكون فقط من المياه، بينما الكسوة الهواء، وهي صممت وصنعت. على النقيض من الأجهزة الصلبة-الكسوة، ذبذبات الشعرية لا تقتصر، السماح للجدران الألياف للتحرك والاهتزاز. الألياف هي التي شيدت بجهد العالي تيار المباشر (DC) من عدة آلاف فولت (kV) بين اثنين من خزانات المياه التي يقوم بإنشاء مؤشر ترابط مياه عائمة، المعروف باسم جسر مياه. عن طريق اختيار ميكروبيبيتيس، فمن الممكن للتحكم في القطر القصوى وطول الألياف. المقرنات الألياف الضوئية، في كلا الجانبين من الجسر، وتنشيطه كدليل موجي بصري، السماح للباحثين برصد موجات الجسم الشعرية الألياف الماء عن طريق التحوير الإرسال، والاستدلال لذلك، التغييرات في التوتر السطحي.
شارك قصر نوعين موجه الهامة الشعرية والكهرومغناطيسي، يفتح طريقا جديداً للبحث في التفاعلات بين الضوء وأجهزة جدران السائل. ميكروديفيسيس الجدران المائية أخف مليون مرة من نظرائهم الصلبة، وبالتالي تحسين التصدي لقوات دقيقة.
Introduction
ومنذ انطلاقة الألياف البصرية في مجال الاتصالات، حصل على جائزة نوبل في 20091، نما سلسلة من التطبيقات المستندة إلى الألياف جنبا إلى جنب مع. في الوقت الحاضر، الألياف ضرورة في جراحات الليزر2، وكذلك في توليد الأشعة السينية متماسكة3،4وتسترشد الصوت5 سوبيركونتينووم6. وبطبيعة الحال، توسعت البحوث المتعلقة بالألياف البصرية من استخدام المواد الصلبة إلى استغلال السوائل لتوجيه الموجات الضوئية، حيث تجتمع مليئة بسائل ميكروتشانيلس وتدفق رقائقي خصائص النقل السائل مع مزايا الضوئية استجواب7،،من89. ومع ذلك، هذه الأجهزة المشبك السائل بين المواد الصلبة، وتمنع ذلك، للتعبير عن الطابع الموجه الخاصة به، المعروفة بالموجة الشعرية.
موجات الشعرية، مماثلة لتلك التي ينظر إليها عند إلقاء حجر في بركة، موجه هام في الطبيعة. ومع ذلك، نظراً للعقبات التي تعترض التحكم سائل دون الملطف سطحه عن طريق القنوات أو المواد الصلبة، لا يكاد تستخدم للكشف أو التطبيق. وفي المقابل، قد الجهاز الواردة في هذا البروتوكول أي حدود صلبة؛ وهو محاط والتدفقات في الهواء، والسماح، ولذلك موجات الشعرية لتطوير، نشر، وتتفاعل مع الضوء.
لاختلاق ألياف الماء، من الضروري العودة إلى أسلوب المعروف بالمياه جسر عائم، ذكرت أول مرة في عام 189310، حيث هما قنينة مملوءة بالماء المقطر ومتصل بمصدر الفولت العالي ستشكل مياه فلويديك، مثل مؤشر الترابط اتصال بينهما11. يمكن أن تصل إلى طول 3 سم12 جسور المياه أو تكون رقيقة مثل 20 نانومتر13. أما بالنسبة للأصل المادي، أنه ثبت أن التوترات السطحية، فضلا عن القوات العازلة للكهرباء، على حد سواء مسؤولية إجراء هذا الجسر وزن14،،من1516. لتنشيط الجسر المياه كألياف الماء، نحن زوجين الخفيفة مع17،ألياف السيليكا أدياباتيكالي مدبب18 وبها مع السليكا الألياف عدسة19. يمكن استضافة مثل هذا جهاز الموجات الصوتية والشعرية والبصرية، مما يجعله مفيداً للكشف عن الموجات المتعددة ومختبر على رقاقة20،،من2122 التطبيقات.
Protocol
Representative Results
Discussion
في الختام، بميزة كبرى والطابع الفريد لهذا الأسلوب هو خلق ألياف الذي يستضيف ثلاثة أنواع مختلفة من موجات: الشعرية والصوتية والبصرية. كل ثلاث موجات تذبذبت في نظم مختلفة، فتح إمكانية الكشف عن الموجات المتعددة. على سبيل مثال، تؤثر جسيمات نانوية المحمولة جوا على التوتر السطحي للسوائل. فعلا في ا…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أيد هذا البحث الإسرائيلي وزارة العلوم والتكنولوجيا والفضاء؛ عكر: مركز “التفوق الإسرائيلي” ‘”دائرة الضوء”‘ منح رقم 1802/12، ومؤسسة العلوم الإسرائيلية منح رقم 2013/15. يشكر المؤلفون كارين الرابطة تانكوس (كات) لتحرير مفيدة.
Materials
| Deioniyzed Water | 18MOhm resistance | ||
| Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 850 micron | Produstrial.com | #133260 | |
| Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 150 micron | Produstrial.com | #133258 | |
| High voltage, low current source, 3kV with 5 mA. | Bertan | Model 215 | |
| High voltage, low current source, 8 kV with 0.25 mA. | Home build | ||
| Optical fiber | Corning | HI 780 C | 5 meter |
| Optical fiber | Thorlabs | FTO 30 | 5 meter |
| Optical fiber | Thorlabs | FTO 30 | 5 meter |
| Fiber coupled laser | FIS | SMF 28E | |
| Photoreceiver | New Port/ New Focus | 1801-FS | with fiber connection |
| Oscilloscope | Agilent Technologies | DSO-X 3034A | |
| 2 Degree of freedom tilt stagestage | New Port/ New Focus | M-562F-TILT | |
| 3Degree of freedom linear micro translation stage | New Port/ New Focus | M-562F-XYZ | |
| A set of magnets | |||
| Objective 5X | Mitutoyo | MY5X-802 | |
| Objective 20 x | Mitutoyo | MY20X-804 | |
| Zoom | Navitar | 12x Zoom | |
| Microscope tube | Navitar | 1-6015 standard tube | |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 67-63-0 | Spec Grad |
| 2 x Bare Fiber holder | Thorlabs | T711-250 | |
| 2 x Translational Stage | Thorlabs | DT12 | |
| Block of PMMA for fabricating the water reservoir and pipette holder | 150 x 60 x 10 mm | ||
| PTFE-Tape | Gufero | 240453 | |
| Fiber coupled, cw Laser Light Source | New Port/ New Focus | TLB-6712 | 765-781 nm |
References
- For Groundbreaking Achievements Concerning the Transmission of Light in Fibers for Optical Communication. The Nobel Prize in Physics Available from: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/press.html (2009)
- Temelkuran, B., Hart, S. D., Benoit, G., Joannopoulos, J. D., Fink, Y. Wavelength-scalable hollow optical fibres with large photonic bandgaps for CO2 laser transmission. Nature. 420, 650-653 (2002).
- Rundquist, A. Phase-Matched Generation of Coherent Soft X-rays. Science. 280, 1412-1415 (1998).
- Durfee, C. G., et al. Phase Matching of High-Order Harmonics in Hollow Waveguides. Physical Review Letters. 83, 2187-2190 (1999).
- Dainese, P., et al. Stimulated Brillouin scattering from multi-GHz-guided acoustic phonons in nanostructured photonic crystal fibres. Nature Physics. 2, 388-392 (2006).
- Dudley, J. M. J., Genty, G., Coen, S. Supercontinuum generation in photonic crystal fiber. Reviews of Modern Physics. 78, 1135-1184 (2006).
- Wolfe, D. B., et al. Dynamic control of liquid-core/Liquid-cladding optical waveguides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 12434-12438 (2004).
- Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442, 368-373 (2006).
- Ward, J. M., Yang, Y., Chormaic, S. N. Highly Sensitive Temperature Measurements With Liquid-Core Microbubble Resonators. IEEE Photonics Technology Letters. 25, 2350-2353 (2013).
- Fuchs, E. E. C., et al. The floating water bridge. Journal of Physics D: Applied Physics. 40, 6112-6114 (2007).
- Fuchs, E. C., et al. The Armstrong experiment revisited. The European Physics Journal Special Topics. 223, 959-977 (2013).
- Sirghi, L., Szoszkiewicz, R., Riedo, E. Volume of a nanoscale water bridge. Langmuir. 22, 1093-1098 (2006).
- Woisetschläger, J., Gatterer, K., Fuchs, E. C. Experiments in a floating water bridge. Experiments in Fluids. 48, 121-131 (2009).
- Widom, A., Swain, J., Silverberg, J., Sivasubramanian, S., Srivastava, Y. N. Theory of the Maxwell pressure tensor and the tension in a water bridge. Physical Review E: Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 80, 16301 (2009).
- Aerov, A. A. Why the water bridge does not collapse. Physical Review E. Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 84, 36314 (2011).
- Knight, J. C., Cheung, G., Jacques, F., Birks, T. A. Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper. Optics Letters. 22, 1129 (1997).
- Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Painter, O. J., Vahala, K. J. Ideality in a Fiber-Taper-Coupled Microresonator System for Application to Cavity Quantum Electrodynamics. Physical Review Letters. 91, 43902 (2003).
- Cohen, L. G., Schneider, M. V. Microlenses for coupling junction lasers to optical fibers. Applied Optics. 13, 89-94 (1974).
- Vollmer, F., et al. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules. Nature Methods. 5, 591-596 (2008).
- Fainman, Y., Lee, L. P., Psaltis, D., Yang, C. . Optofluidics: Fundamentals, Devices, and Applications. , (2010).
- He, L., Ozdemir, S. K., Zhu, J., Kim, W., Yang, L. Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers. Nature Nanotechnology. 6, 428-432 (2011).
- Woisetschläger, J., et al. Horizontal bridges in polar dielectric liquids. Experiments in Fluids. 52, 193-205 (2011).
- Fuchs, E. C., Wexler, A. D., Agostinho, L. L. F., Ramek, M., Woisetschläger, J. Methanol, Ethanol and Propanol in EHD liquid bridging. Journal of Physics: Conference Series. 329, 12003 (2011).
- Douvidzon, M. L., Maayani, S., Martin, L. L., Carmon, T. Light and Capillary Waves Propagation in Water Fibers. Science Reports. 7, 16633 (2017).
- . Water Fibers Available from: https://arxiv.org/abs/1609.03362 (2016)
