Проектирование и изготовление оптического волокна, изготовленные из воды
Summary
Этот протокол описывает дизайн и производство водный мост и его активации как волокно воды. Эксперимент показывает, капиллярные резонансы воды волокна модулировать его оптической передачи.
Abstract
В настоящем докладе оптического волокна которой ядро производится исключительно из воды, в то время как облицовки воздух, спроектировано и изготовлено. В отличие от твердых облицовочных устройствах капиллярных колебаний не ограничены, позволяя волокна стены двигаться и вибрировать. Волокно построен высокого постоянного тока (DC) напряжением в несколько тысяч вольт (кв) между двух водных резервуаров, которые создает плавающий поток воды, известный как водный мост. Посредством выбора micropipettes можно контролировать максимальный диаметр и длина волокна. Разветвители оптические волокна, по обе стороны моста, активировать его как оптического волновода, что позволяет исследователям для мониторинга воды волокна капилляров тела волны путем передачи модуляции и, таким образом, выведение изменения поверхностного натяжения.
Совместно удерживающего два важных волны типа, капиллярного и электромагнитные, открывает новый путь исследования взаимодействий между светом и жидкости стенки устройства. Вода стеной микроприборов миллион раз мягче, чем их твердых коллегами, соответственно улучшения реагирования на минуту сил.
Introduction
После прорыва оптических волокон в коммуникации, удостоен Нобелевской премии в 20091серия приложений на базе волоконно росли вместе с. В настоящее время волокна являются необходимостью в лазерной хирургии2, а также последовательной рентгеновского поколения3,4, руководствуясь звук5 и суперконтинуум6. Естественно исследования в области волоконной оптики расширена с использованием твердых веществ в эксплуатации жидкости для оптических волн руководства, где микроканалов, заполненный жидкостью и ламинарные объединить транспортные свойства жидкости с преимуществами оптических допроса7,8,9. Однако эти устройства зажим жидкости между твердыми телами и, таким образом, запретить его выразить свой собственный характер волны, известный как капиллярные волны.
Капиллярные волны, подобные тем, которые видели когда бросать камень в пруд, являются важным волны в природе. Однако из-за препятствий контроля жидкости без увлажнения поверхности через каналы или твердых веществ, они вряд ли используются для обнаружения или приложения. В отличие от устройств, представленных в настоящем Протоколе не имеет твердых границ; Он находится в окружении и потоки в воздухе, позволяя, таким образом, капиллярные волны разрабатывать, распространять и взаимодействовать со светом.
Для изготовления волокна воды, надо вернуться в метод, известный как плавучие водный мост, впервые сообщалось в 1893 году10, где два мензурки, заполнены с дистиллированной водой и подключен к источнику высокого напряжения сформирует аэрогидродинамических, водный поток как связь между ними11. Мосты воды может достигать длиной 3 см12 или быть тонкие, как 20 Нм13. Что касается физического происхождения он было показано что поверхности напряженности, а также диэлектрика силами, являются ответственными за выполнение мост вес14,,1516. Чтобы активировать водный мост как волокно воды, мы пара свет с адиабатно конические кремния волокна17,18 и вне с кремния волокна объектив19. Такое устройство может размещаться акустических, капиллярного и оптических волн, что делает его выгодным для детекторов волнистые и лаборатория на чипе20,,2122 приложений.
Protocol
Representative Results
Discussion
В заключение, основным преимуществом и уникальность этой техники является создание волокно, которое содержит три различных видов волн: капиллярного, акустическая и оптическая. Все три волны колеблется в различных режимах, открывая возможность для детекторов волнистые. В качестве прим…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано израильским министерством науки, технологии и пространства; ICore: израильские совершенства центр «Круг света» предоставьте № 1802/12, а израильский фонд науки № 2013/15. Авторы благодарят Карен Эйди Tankus (кат) полезно редактирования.
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)
