Progettazione e fabbricazione di una fibra ottica fatta di acqua
Summary
Questo protocollo descrive la progettazione e la realizzazione di un ponte di acqua e la sua attivazione come una fibra di acqua. L’esperimento dimostra che risonanze capillare della fibra acqua modulano la trasmissione ottica.
Abstract
In questo rapporto, una fibra ottica di cui il nucleo è fatto esclusivamente di acqua, mentre il rivestimento è aria, è stato progettato e fabbricato. In contrasto con dispositivi solido-rivestimento, capillare oscillazioni non sono limitate, permettendo le pareti di fibra per muoversi e vibrare. La fibra è costruita da una tensione alta corrente continua (DC) di alcune centinaia di volt (kV) tra due serbatoi di acqua che crea un thread di acqua galleggiante, conosciuto come un ponte di acqua. Attraverso la scelta delle micropipette, è possibile controllare il diametro massimo e la lunghezza della fibra. Accoppiatori di fibra ottica, su entrambi i lati del ponte, attivano come una guida d’onda ottica, consentendo ai ricercatori di monitorare le onde di corpo capillare acqua fibra attraverso la modulazione della trasmissione e, pertanto, dedurre cambiamenti nella tensione superficiale.
Co-confinare due tipi di onde importanti, capillari ed elettromagnetici, apre un nuovo percorso di ricerca nelle interazioni tra luce e dispositivi di liquido-parete. Microdispositivi con pareti d’acqua sono un milione di volte più morbide rispetto alle loro controparti solidi, migliorando di conseguenza la risposta alle forze minute.
Introduction
Poiché la svolta delle fibre ottiche nella comunicazione, premiato con un premio Nobel nel 20091, una serie di applicazioni basate su fibra è cresciuto a fianco. Al giorno d’oggi, le fibre sono una necessità in laser chirurgia2, così come in coerente raggi x generazione3,4, guidato-sound5 e supercontinuum6. Naturalmente, la ricerca sulla fibra ottica estesa dall’utilizzazione di solidi in liquidi per la guida d’onda ottica, dove microcanali ripiena di liquido e flusso laminare si combinano le proprietà di trasporto di un liquido con i vantaggi di ottica di sfruttamento interrogatorio7,8,9. Tuttavia, questi dispositivi morsetto il liquido fra i solidi e, pertanto, lo proibisco di esprimere il proprio carattere di onda, conosciuto come onda capillare.
Onde capillari, simili a quelli osservati quando gettare un sasso in uno stagno, sono un’onda importante in natura. Tuttavia, a causa degli ostacoli di controllare un liquido senza smorzamento sua superficie attraverso canali o solidi, difficilmente vengono utilizzati per il rilevamento o applicazione. Al contrario, il dispositivo ha presentato in questo protocollo non ha solidi confini; è circondato da e flussi di aria, permettendo, quindi, onde capillari sviluppare, propagano e interagiscono con la luce.
Per fabbricare una fibra di acqua, è necessario tornare a una tecnica conosciuta come il ponte galleggiante di acqua, in primo luogo segnalato in 189310, dove due bicchieri pieni di acqua distillata e collegato ad una sorgente di alta tensione si formerà un fluidico, acqua filiformi connessione tra loro11. Ponticelli dell’acqua possono raggiungere fino a una lunghezza di 3 cm12 o essere sottile come 20 nm13. Per quanto riguarda l’origine fisica, risulta che le tensioni di superficie, come pure le forze dielettriche, sono entrambi responsabili per la realizzazione peso14,15,16 del ponte. Per attivare il ponte di acqua come una fibra di acqua, abbiamo coppia luce con un silice adiabaticamente conici fibra17,18 e fuori con una silice fibre lente19. Tale dispositivo può ospitare onde acustiche, capillare e ottiche, rendendolo vantaggioso per rivelatori di multi- onde e lab-on-chip20,21,22 applicazioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Per concludere, il grande vantaggio e l’unicità di questa tecnica è la creazione di una fibra che ospita tre diversi tipi di onde: capillare, acustico e ottico. Tutte le tre onde oscillano in regimi diversi, aprendo la possibilità per i rivelatori di multi-wave. Ad esempio, le nanoparticelle airborne influenzano la tensione superficiale dei liquidi. Già allo stato attuale, è possibile monitorare i cambiamenti nella tensione della superficie attraverso variazioni della frequenza propria capillare. Inoltre, i disposit…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dal Ministero israeliano di scienza, tecnologia e spazio; ICore: il centro di eccellenza israeliano ‘Circle of Light’ concedere n. 1802/12 e dal israeliano Science Foundation concedere n. 2013/15. Gli autori ringraziano Karen Adie Tankus (KAT) per l’editing utile.
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
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