עיצוב, ייצור של סיב אופטי עשויים מים
Summary
פרוטוקול זה מתאר את תכנון וייצור של גשר מים והפעלה שלה כמו סיבים מים. הניסוי מדגים כי נימי מגנטיים של סיבי מים לווסת את התשדורת אופטי.
Abstract
בדו ח זה, סיב אופטי אשר הליבה מורכבת אך ורק מים, בעוד חיפוי אוויר, הוא מעוצב ומיוצר. לעומת מכשירים מוצק-חיפוי, תנודות נימי אינם מוגבלים, המאפשר את הקירות סיבים להזיז רטט. הסיבים הוא נבנה על ידי מתח גבוה זרם ישר (DC) של כמה אלפי וולט (kV) בין שני מאגרי מים שיוצרת חוט צף במים, המכונה גשר מים. דרך הבחירה של micropipettes, זה אפשרי לשלוט את קוטר מקסימלי ואורך הסיבים. לשלוחות סיב אופטי, משני צידי הגשר, להפעיל אותו כמו גלבו אופטי, ומאפשר לחוקרים לפקח על הגלים הגוף נימי סיבים מים דרך שידור אפנון ו, לכן, והולמס שינויי מתח.
שיתוף באמצעות כליאת גל חשוב לשני סוגים, נימי, אלקטרומגנטית, נפתח מסלול חדש של מחקר ביחסי הגומלין בין אור ומכשירי נוזלי-קיר. Microdevices עם קירות מים, רכים פי מיליון מאשר מקביליהם מוצק, בהתאם לשיפור תגובת כוחות דקה.
Introduction
מאז פריצת הדרך של סיבים אופטיים בתקשורת, זכה בפרס נובל בשנת 20091, שורה של יישומים מבוססי סיבים גדל לצד. כיום, סיבים הם הכרח ניתוחי לייזר2, וכן קוהרנטי רנטגן דור3,4, מונחה-צליל5 ו supercontinuum6. באופן טבעי, המחקר על סיבים אופטיים מורחבת של ניצול מוצקים לתוך ניצול נוזלים להדרכת גל אופטי, איפה microchannels מלאות נוזל, זרימה שכבתית לשלב את מאפייני התחבורה של נוזל עם היתרונות של אופטי החקירה7,8,9. עם זאת, התקנים אלה תהדק את הנוזל בין מוצקים, לכן, אוסר את זה כדי להביע את אופי גל משלו, המכונה גל נימי.
צינור קפילר גלים, דומים לאלה לראות כאשר יידה אבן לתוך בריכה, הם גל חשוב בטבע. עם זאת, בשל הקשיים של שליטה נוזל בלי לשבור את פני השטח שלו דרך ערוצי או מוצקים, הם בקושי מנוצלים עבור זיהוי או יישום. לעומת זאת, המכשיר הוצג פרוטוקול זה יש גבולות מוצק; הוא מוקף, זורם באוויר, המאפשר, לכן, גלים נימי לפתח, להפיץ ולקיים אינטראקציה עם אור.
ליצור סיבים המים, יש צורך לחזור טכניקה המכונה גשר צף במים, דיווח ב- 189310, שבו שני ספלים מלאים מים מזוקקים, מחובר למקור מתח גבוה יהוו מים fluidic, חוט כמו החיבור ביניהם11. גשרים מים יכולים להגיע גם עד באורך של 3 ס מ12 או להיות רזה כמו 20 nm13. לגבי המקור הפיזי, הוכח כי השטח מתיחויות, כמו גם כוחות מבודד, הם שניהם אחראי על נושא של הגשר משקל14,15,16. כדי להפעיל את הגשר מים כמו סיבים מים, אנחנו זוג אור עם17,סיבים סיליקה adiabatically מחודדות18 , החוצה עם סיליקה סיבים עדשה19. מתקן כזה יכול לארח גלים אקוסטיים, נימי, אופטי, שהופך אותו יתרון בגלאי הגלים מרובות ויישומים22 21,מעבדה על שבב20,.
Protocol
Representative Results
Discussion
לסיכום, היתרונות ואת ייחודו של טכניקה זו היא יצירת סיבים המארח שלושה סוגים שונים של גלי: נימי, אקוסטי, אופטי. כל שלושת הגלים נעים תחת משטרים שונים, פתח לאפשרות לגלאי מרובת גל. לדוגמה, חלקיקים באוויר להשפיע את מתח הפנים של נוזלים. כבר בשלב הנוכחי, זה אפשרי לעקוב אחר השינויים מתח הפנים דרך בוור?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי משרד המדע, הטכנולוגיה & שטח; ICore: המרכז הישראלי למצוינות “עיגול של אור” מענק מס 1802/12, על ידי קרן המדע הישראלי מענק מס 2013/15. המחברים מודים טנקוס הילה קרן (קאט) על העריכה מועיל.
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)
