Die Autoren bedanken sich bei G. Shambat, C. Phillips, K. Aghaei für wertvolle Diskussionen, F. Afshinmanesh für REM-Aufnahmen, T. Marvdashti für experimentelle Unterstützung und MF Churbanov und GE Snopatin danken aus dem Institut für Chemie von hochreinem Stoffe und VG Plotnichenko und EM Dianov aus der Fiber Optics Research Center der Russischen Akademie der Wissenschaften für die Bereitstellung der As 2 S 3 Faser. Wir sind auch dankbar für die Unterstützung aus dem Office of Naval Research, NASA, die Air Force Office of Scientific Research, Agilent, und der Gemeinsamen Technologies Büro.

1. Degressive Setup-Fabrication (Siehe Setup-Assembled in Abbildung 1) <ol><li> Sichern Sie sich die motorisierte lineare Stadien auf dem Steckbrett (etwa mittig), so dass die Stufen in Kontakt sind und hin und weg voneinander übersetzen </li><li> Bereiten Sie und legen Sie die Faser Halterungen <ol><li> Befestigen Sie zwei optische Beiträge zu den motorisierten Lineartisch Platten (jeweils) mit den Löchern in der Nähe zueinander. </li><li> Bringen Sie die bloße optische Faser Reittiere zu den Gipfeln der Beiträge. Stellen Sie sicher, dass die V-Nuten für die Faser ausgerichtet sind. (Hinweis: Die Höhe der bloßen optischen Faser Reittiere werden etwa der Strahl Höhe des Systems sein wählen die zukünftige Sockel-und Höhen entsprechend.). </li></ol></li><li> Bereiten Sie und legen Sie die Eingangs-und Auskoppelelemente <ol><li> Bringen Sie die lineare Übersetzung Stufen zu den motorisierten lineare Stufen (eine für die Eingangs-und eine für den Ausgang dieser Seite) mit den Adapterplatten. </li><li> Platzieren Sie den AR beschichteten ZnSe gangskopplung lens (eingebaut in einen optischen Träger mit x-und y-Übersetzung auf einem Sockel) eingangsseitig Verschiebetisch. Wählen einer Brennweite, die eine optimale Kopplung gibt von der Pumpquelle auf den Kern der Faser. Sicherstellen, dass das Zentrum der Linse in der gleichen Höhe wie der V-Nuten der Faserklemmen. </li><li> Setzen Sie den unbeschichteten ZnSe Auskopplung Linse (montiert in einer optischen Aufnahme mit x-und y-Übersetzung auf einem Sockel) am Ausgang Übersetzung Bühne. Sicherstellen, dass das Zentrum der Linse in der gleichen Höhe wie der V-Nut. </li></ol></li><li> Planen und legen das Heizelement (wie in Fig. 2 gezeigt) <ol><li> Maschine dem Aluminiumblock die gewünschten Abmessungen (ca. 6 mm x 25,4 mm x 17,5 mm) mit Löchern für die Faser (mit einem Schlitz zum Einlegen und Entnehmen der Faser) und zur Überwachung der Temperatur Faser, Löcher für die Heizpatronen und 8 / 32 Gewindebohrungen oben und unten zur Befestigung und Sicherung der Heizpatronen. </li><li> Legen Sie die Heizpatronen zu ter richtige Löcher der Aluminium-Block und sichern Sie sie mit 8/32 Stellschrauben. </li><li> Bringen Sie einen keramischen Beitrag nach oben 8/32 Stellschraube für die thermische Isolation. </li><li> Bringen Sie einen optischen Beitrag zur Keramik Post und verwenden einen rechten Winkel Beitrag Klemme mit einem zusätzlichen optischen Post an den Heizer in den XYZ-Lineartisch sichern. </li><li> Sichern Sie die XYZ-Lineartisch mit dem Steckbrett so dass die Bohrung für die As 2 S 3 Faser in der Aluminium-Heizkörper mit dem V-Nuten der Faserklemmen zentriert werden kann. </li><li> Übersetzen Sie die Aluminium-Heizkörper mit der XYZ-Lineartisch so dass die Heizung ist nicht mehr in der Nähe der bloße optische Faser Klemmen, so dass die Faser ohne Behinderung gesichert werden. </li></ol></li></ol> 2. Chalcogenide Faserstoffaufbereitung <ol><li> Tränken einer gewünschten Länge der ummantelten As 2 S 3-Faser (muss länger als 8,5 cm die Länge des ummantelten Faser für jede Faser Verjüngung erforderlich) in Aceton etwa 10 min oder bis dieJacke wird weich. (Verwenden Sie die geeignete Lösungsmittel für die Jacke, wenn mit einer anderen Faser). </li><li> Entfernen Sie vorsichtig das weiche Jacke mit einem Kimwipe, Entfernen eines Abschnitts nicht mehr als 5 cm in einer Zeit. </li><li> Reinigen Sie die blanke Faser mit Isopropanol auf einem Kimwipe. </li><li> Verwenden Sie die beavertail Beil zu spalten ein Ende des As 2 S 3 Faser. Bild der verworfen Faserspitze zu spalten Qualität zu überprüfen. </li><li> Messen und brechen mindestens einen 6,35-cm Länge Stück der Faser. Diese Faser Länge muss ~ 2 cm länger als die Länge der Faser kaum durchzuhalten der Faserklemmen benötigt. </li><li> Verwenden Sie die beavertail Beil zu spalten das zweite Ende der Faser. Bild der verworfen Faserspitze zu spalten Qualität zu überprüfen. Vermeiden Sie den Kontakt mit dem ersten Ende der Faser gespalten. </li><li> Legen Sie die Faser in den Faserklemmen der Verjüngung Setup. Berühren der Mitte der Faser (wo die Faser erwärmt wird). </li></ol> 3. In-situ Fiber TapEring Vorgehensweise <ol><li> Paar mittleren IR-Pumpquelle Grundmodus der Faser mit der AR-beschichteten ZnSe Linse (f = 12,7 mm). Über die ungestrichene ZnSe Linse (f = 20 mm) zur Abbildung der Ausgangsfläche der Faser mit dem Pyrocam um sicherzustellen, das ist meistens in der Grundmode. Stellen Sie sicher, dass die Pumpe Strahl wird entlang der Achse der Faser ausbreiten. Wenn nicht, wird die Kopplung zu ändern, nachdem die motorisierten Tischen zu bewegen beginnen. </li><li><ol><li> Legen Sie eine Chopper vor der Pumpe Quelle. (Dieser Schritt ist für die AC-gekoppelten Detektoren erforderlich). </li><li> Den Ausgang der Faser durch den Monochromator und die InSb-Detektor unter Verwendung der unbeschichteten CaF 2-Linsen (f = 20 mm) vor und nach dem Monochromator. </li><li> Drehen des Gitters des Monochromators, damit die Seite der langen Wellenlänge des Spektrums durch den Monochromator über, wenn das übertragene Signal kaum über dem Grundrauschen (bei ~ 3,9 um). Statt FilterArbeiten mit der Monochromator (Schritte 3.2.2 und 3.2.3), kann eine geeignete optische Filter verwendet, um die Leistung in erfassbare länger als die längste Wellenlänge messbaren Gehalt der Pumpe zu messen. </li></ol></li><li> Übersetzen Sie die Aluminium-Heizkörper, bis die Faser rutscht durch den Schlitz und in der Aluminium-Heizkörper der Faser Loch zentriert. </li><li> Legen Sie die RTD-Sensor-Ebene mit einem der Heizpatronen. Drücken Sie den RTD-Sensor gegen die Aluminium-Heizkörper, so dass es vollständig in Kontakt mit dem Block wie in Abbildung 2 dargestellt. Wenn der RTD ist nicht in Kontakt mit der Heizung richtig (oder nicht in einer wiederholbaren Weise), wird die Temperatur des Blocks unbekannt sein und dazu führen, dass die Faser während Verjüngung brechen. Stellen Sie sicher, dass das Signal an den Monochromator hat nicht abgenommen. <ol><li> Eine kleine RTD kann in das andere Loch des Heizblocks angeordnet werden, um die Temperatur in dem Loch zu überwachen. (Optional) </li></ol></li><li> Verwenden Sie das digitale Mikroskop iMage die Faser in dem Heizblock für die Überwachung der Faser während der Verjüngung zu ermöglichen. (Optional) </li><li> Bedecken der Einrichtung mit einem Kasten (mit Löchern für die Eingangs-und Ausgangsstrahlen), um den Luftstrom zu verringern und eine für eine stabile Temperatur verjüngt. </li><li> Mit den FTE-und Heizpatronen verbunden, auf dem Temperaturregler einzuschalten. Stellen Sie die Temperatur auf ~ 200 ° C, wo die Faser beginnt zu erweichen (die genaue Temperatur wird von den Abmessungen des Heizgerätes, der Umgebungstemperatur und der Luftstrom um die Faser ab). </li><li> Sobald die Temperatur um den Sollwert stabil, starten Sie das Programm, das die Labview Motortische übersetzt voneinander weg bei ~ 10 um / s in jede Richtung. </li><li> Überwachen des Signals des InSb-Detektor, der die spektrale Messsignal. Sobald der Detektor Signal erreicht seinen maximalen Wert (darauf achten, nicht den Detektor sättigen), stoppen Sie die motorisierte Tische und schalten Sie die Heizpatronen (Temperaturregler). </li><li> Warten für ~ 10 min für die Faser zu verfestigen (das Detektorsignal wird ein wenig während dieses Prozesses zu verringern, wahrscheinlich aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex oder thermische Kontraktion). </li><li> Übersetzen Sie den Heizblock entlang der Faser in Richtung einer Faserklemme wo die Faser ist nicht verjüngten. Dann Verschieben der Heizblock von der Faser unter Verwendung des Schlitzes in dem Heizblock, um die Faser zu passieren. </li><li> Charakterisierung der SCG durch spektrale Messungen mit dem Monochromator. Ein InAs-Filter benötigt werden, um die genaue Messung der langwelligen Bereich des Spektrums werden. </li><li> Entfernen Sie die Faser, falls gewünscht. </li></ol>

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	<li>Marandi, A., Rudy, C. W., Plotnichenko, V. G., Dianov, E. M., Vodopyanov, K. L., Byer, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+supercontinuum+generation+in+tapered+chalcogenide+fiber+for+producing+octave-spanning+frequency+comb+around+3+&#956;m.">Mid-infrared supercontinuum generation in tapered chalcogenide fiber for producing octave-spanning frequency comb around 3 &#956;m.</a> Optics Express. 20, 24218-24225 (2012).</li><li>Schliesser, A., Picque, N., Hansch, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+frequency+combs.">Mid-infrared frequency combs.</a> Nature Photonics. 6, 440-449 (2012).</li><li>Diddams, S. 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F., Messaddeq, Y., Troles, J., Brilland, L., Szpulak, M., Renversez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+infrared+spectral+broadening+inlow-loss+As-S+chalcogenide+suspended+core+microstructured+optical+fibers.">Strong infrared spectral broadening inlow-loss As-S chalcogenide suspended core microstructured optical fibers.</a> Optics Express. 18, 4547-4556 (2010).</li><li>Marandi, A., Leindecker, N., Byer, R. L., Vodopyanov, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherence+properties+of+a+broadband+femtosecond+mid-IR+optical+parametric+oscillator+operating+at+degeneracy.">Coherence properties of a broadband femtosecond mid-IR optical parametric oscillator operating at degeneracy.</a> Optics Express. 20, 7255-7262 (2012).</li><li>Dudley, J. M., Coen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherence+properties+of+supercontinuum+spectra+generated+in+photonic+crystal+and+tapered+optical+fibers.">Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers.</a> Optics Letters. 27, 1180-1182 (2002).</li><li>Corwin, K. L., Newbury, N. R., Dudley, J. M., Coen, S., Diddams, S. A., Weber, K., Windeler, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+noise+limitations+to+supercontinuum+generation+in+microstructure+fiber.">Fundamental noise limitations to supercontinuum generation in microstructure fiber.</a> Physical Review Letters. 90, 113904 (2003).</li><li>Birks, T. A., Li, Y. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shape+of+fiber+tapers.">The shape of fiber tapers.</a> Journal of Lightwave Technology. 10, 432-438 (1992).</li><li>Churbanov, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-purity+chalcogenide+glasses+as+materials+for+fiber+optics.">High-purity chalcogenide glasses as materials for fiber optics.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 184, 25-29 (1995).</li></ol>

A United States vorläufige Patent eingereicht worden Schutz der Technologie in diesem Artikel beschrieben.

Wir haben eine neuartige Faser verjüngenden Verfahren nachgewiesen und bestätigt seine Gültigkeit durch Ausführen SCG im mittleren IR. Nach bestem Wissen versichern wir, ist die alternative Methode für diese Anwendung auf die Bestimmung der Faser Zuglänge erforderlich, um eine sich verjüngende Faserdurchmesser, die genug fügt Wellenleiterdispersion zu SCG im Fasertaper durch Berechnung zu optimieren erstellen basierend, aber da die Zuglänge benötigt die spektrale Verbreiterung für eine bestimmte Länge der Fa...

Nachdem er zunächst im sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt 1,7 SCG Quellen zum mid-IR, die weitgehend von Anwendungen in der Spektroskopie angetrieben. 3, 4 Chalcogenide Fasern, die Sulfide, Selenide und Telluride gehören, verschoben wurden ein beliebtes Material für der mid-IR aufgrund ihrer geringen Ausbreitungsverlust und hohe Nichtlinearität, 18 weniger als 100 dB / km und 19 ~ 200 mal so Kieselsäure für As 2 S 3, 20 sind. Jedoch ist die Null GVD Wellenlänge der meisten chalkogenide mittleren IR befindet, über die Mittenwellenlänge der Mehrheit der verfügbaren ultraschnellen Pumpquellen, so SCG Herausforderung in einem Schüttgut oder einer Standard-Single-Mode-Faser Chalkogenid. Wellenleiterdispersion kann verwendet werden, um die Null-GVD Punkt für SCG modifizieren. 7 Methoden für die Einführung stark Wellenleiterdispersion gehören Faser verjüngenden, 8, 21 mit mikrostrukturierten Fasern, 22-24 oderauch eine Kombination der beiden. 10 Durch die Verschiebung des Null GVD Wellenlänge unterhalb der Pumpwellenlänge, wird die Pumpe mit anomaler Dispersion in der Faser auftreten. In der anomalen Dispersion Regime tritt Soliton Bildung durch den Ausgleich der nichtlinearen Chirp durch Eigenphasenmodulation und dem linearen Chirp von GVD verursacht. Für einen Femtosekunden Pumpquelle wird spektrale Verbreiterung der Regel durch Spaltung Soliton-Impuls oder brechen, und das eine zeitliche Komprimierung tritt als der Impuls breitet sich entlang der Faser bestimmt. 7 Bei Faser verjüngt, die Berechnung des gesamten GVD einschließlich sowohl Material und Wellenleiter-Dispersion kann eine Annäherung der endgültigen Kegeldurchmessers benötigt, um eine erheblich verbreiterten Spektrum zu erzeugen. Aufgrund der starken Abhängigkeit SCG auf GVD und Schwankungen zwischen experimentellen Studien, einschließlich Änderungen der Länge der Faser vor dem sich verjüngenden Bereich und Kupplung der Pumpe auf die Faser, beträgt die berechnete Näherung nicht ausreichend foder gelungen, eine optimierte Kegel in einem einzigen Versuch. Spectral Monitoring ermöglicht für diese Variationen in Versuchsanordnung beobachtet und berücksichtigt werden in in-situ verjüngt. Darüber hinaus erzeugt eine effiziente Superkontinuum (SC) in einem kurzen, sich verjüngenden Faser reduziert die Menge der nicht-linearen rauscharme Verstärkung Erhaltung der Kohärenz des SCG und der Frequenzkamm Eigenschaften der Pumpquelle. 25-27 ordnungsgemäße Dispersionsmanagement und damit die Notwendigkeit, in situ-Verjüngung, wird sogar noch kritischer, wenn die Faserlänge kurz ist, wie die SCG Toleranz Waagen mit Länge. Die in-situ verjüngenden Aufbau beginnt mit der Pumpquelle, die die subharmonic eines modengekoppelten Er-dotierten Faser-Laser, 9 in den Kern der As 2 S 3, die Faser verjüngt sein wird gekoppelt ist. Der Ausgang der Faser wird dann in eine Vorrichtung, die das spektrale Profil charakterisiert gekoppelt. Im experiment eine InSb-Detektor nach einem Monochromator mit ~ 20 nm Auflösung wird verwendet, um einen Teil des Ausgangsspektrum zu überwachen, wo es zunächst ein sehr niedriges Signal von der Pumpquelle (bei ~ 3,9 um), so dass die Faser überwacht werden kann, während Verjüngung. Wenn die Faser verjüngt ist, und das Spektrum verbreitert ist die spektrale Messung Signal ansteigt, wenn die Dispersion für die einzelnen Experiment optimiert. Durch Überwachen des Spektrums, das während der Verjüngung Verfahren können Verjüngung an dem Moment, wenn die spektrale Verbreiterung wurde maximiert gestoppt werden. In-situ Verjüngung ermöglicht optimierte Dispersion für den effizienten SCG in einer einzelnen Faser Verjüngung. Degressive mit einer statischen, schmale Heizzone erzeugt einen kurzen Fasertaper Taille, 28, der für geräuscharmen SCG ermöglicht. Zusammen können in-situ statische Verjüngung kohärenten, geräuscharm, Oktave umspannenden SCG in der mid-IR aktivieren.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td>Name of Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Motorized Linear Stages</td>
			<td>Newport</td>
			<td>MFA-PPD</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Motorized Stage Controller</td>
			<td>Newport</td>
			<td>ESP301</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Aluminum Block</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td>Dimensions will vary depending on desired taper length.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>RTD Sensor</td>
			<td>Omega</td>
			<td>1PT100GX1510</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Cartridge Heaters</td>
			<td>Omega</td>
			<td>CSS-01115/120V</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Temperature Controller</td>
			<td>Omega</td>
			<td>CSC32</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Input Coupling Linear Translation Stage</td>
			<td>CVI</td>
			<td>07TXS224</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Output Coupling Linear Translation Stage</td>
			<td>Newport</td>
			<td>422-1S</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>XYZ Linear Translation Stage</td>
			<td>Newport</td>
			<td>461</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Assorted posts, optics mounts, bases, and forks</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Optical Breadboard</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MB12</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Input Coupling ZnSe Lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AL72512-E</td>
			<td>Available from other vendors. Input coupling focal length depends on pump source and fiber mode field diameter.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Output Coupling ZnSe Lens</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>NT62-961</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Box</td>
			<td>Any type will do.</td>
			<td></td>
			<td>Must be large enough to allow stage movement. Needs apertures for input and output coupling of light.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Ceramic Optical Post</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Digital Microscope</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td>Optional.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Table Clamps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CL5</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Bare Fiber clamps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>HFF003</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td>Table 1. Tapering Setup Materials.</td>
	 </tr>
		 <tr>
			<td>As2S3 Optical Fiber</td>
			<td>Fiber Optics Research Center of the Russian Academy of Sciences</td>
			<td></td>
			<td>Available from other vendors, such as CorActive. </td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Beavertail Cleaver</td>
			<td>Fiber Network Tools</td>
			<td>S-315</td>
			<td>Available from other vendors. Hand cleaving or polishing fiber tips can also produce high quality fiber tips.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>KimWipes</td>
			<td>Kimberly-Clark Professional</td>
			<td>34120</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Acetone, Isopropanol</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td>Table 2. Materials for Chalcogenide Fiber Preparation.</td>
	 </tr>
		 <tr>
			<td>Pyrocam</td>
			<td>Ophir Photonics</td>
			<td>Pyrocam III Series</td>
			<td>Any camera with sensitivity at pump wavelength will work.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Monochromator</td>
			<td>Photon Technology International</td>
			<td></td>
			<td>A 100 line/mm grating was used. Any spectral measurement device will work (e.g. longpass filter). </td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>CaF2 Lenses</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LB5922</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>InAs Filter</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Amplified InSb Detector</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>P4631-03</td>
			<td>Available from other vendors.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Computer</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>DAQ</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB X Series</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Labview software for motorized stages</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Optional. Custom program.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Labview software for collecting detector data</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Optional. Custom program.</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Assorted posts, optics mounts, bases, and forks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>1" Gold mirrors</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Chopper and controller</td>
			<td>Any vendor.</td>
			<td>SRS Model SR540</td>
			<td>Optional. Depends on detector being used.</td>
		 </tr>
		 <tr>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td></td>
		 <td>Table 3. Materials for In-situ Tapering Procedure.</td>
	 </tr>
		</tbody>
 </table>

in-situ tapering of chalcogenide fiber for mid-infrared supercontinuum generation

Supercontinuum Generation (SCG) in einer sich verjüngenden Chalkogenid Faser zur Verbreiterung mittleren Infrarot (oder mittleren IR-Bereich, etwa 2-20 um den Wellenlängenbereich) Frequenzkämme 1, 2 für Anwendungen wie molekularen Fingerabdruck, 3 Spurengaserkennung, 4 wünschenswert lasergetriebenen Partikelbeschleunigung, 5 und Erzeugung von Röntgenstrahlen durch hohen Harmonischen. 6 eine effiziente SCG in einer verjüngten optischen Faser erfordert eine genaue Kontrolle der Gruppe (GVD) und die zeitlichen Eigenschaften der optischen Impulse zu Beginn des Faser, 7, die stark von der Geometrie des Konus. 8 Aufgrund von Abweichungen in dem sich verjüngenden Aufbau und das Verfahren für aufeinanderfolgende SCG-Experimente wie Faserlänge verjüngenden Umgebungstemperatur oder Leistung in die Faser gekoppelt ist, in-situ-Überwachung der spektralen die SCG ist notwendig, um das Ausgangsspektrum für ein einzelnes Experiment zu optimieren. In-situ-Faser verjüngenden für SCG aus Koppeln der Pumpquelle durch die Faser verjüngt werden, um eine spektrale Meßvorrichtung. Die Faser wird dann verjüngt, während die spektrale Messsignal in Echtzeit beobachtet wird. Wenn das Signal seinen Spitzenwert erreicht, wird die sich verjüngende gestoppt. Die in-situ Verjüngung Verfahren ermöglicht die Erzeugung eines stabilen, Oktave umspannenden, mid-IR Frequenzkamms vom sub Harmonischen eines handelsüblichen nahen IR-Frequenz komb. 9 Diese Methode senkt Kosten aufgrund der Reduzierung der Zeit-und Materialaufwand erforderlich um eine optimale Verjüngung mit einer Taille von nur 2 mm herzustellen. Die in-situ verjüngenden Technik kann zur Optimierung der mikrostrukturierten optischen Faser (MOF) für SCG 10 oder Abstimmung des Durchlassbandes MOFs, 11 optimierende verjüngenden Lichtleitfasern paarweise kondensierten Faserkoppler 12 und Wellenlängen-Multiplexer (WDM), 13 erweitert werdenoder Modifizieren Dispersionskompensationsmodul zur Kompression oder Dehnung der optischen Impulsen. 14-16

Nach dem erfolgreichen Abschluss des in-situ Verfahren verjüngt, erweitert die Pumpe Spektrum von 2,2 bis 5 um (bei ​​~ 40 dB unter dem Spitzenwert), wie in Abbildung 3 zu sehen abzudecken. Die Pumppulsenergie in der As 2 S 3 Faser war ~ 250 PJ mit einer anfänglichen Pulsdauer unter 100 fs. Die kurze Länge des verjüngten Taille, ~ 2,1 mm, ermöglicht die Erzeugung eines breitbandigen, kohärenten SC. Dies schont die Frequenzkamm Eigenschaften der Pumpquelle. Mehr I...

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In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

Wir beschreiben ein Verfahren zur<em&gt; In-situ</em&gt; Wie Verjüngung<sub&gt; 2</sub&gt; S<sub&gt; 3.</sub&gt; Fasern, um eine effiziente mittleren Infrarot Superkontinuum Generation zu erreichen. Durch Verjüngung, während die Überwachung der Superkontinuum Das Spektrum kann die spektrale Breite für eine Fasertaper maximiert werden.<em&gt; In-situ</em&gt; Faser verjüngt angewendet werden, um die Leistung der anderen Faser-basierten Geräten zu optimieren.

In-situ Verjüngung Chalcogenide Fiber für Mid-infrared Supercontinuum-Generation

Supercontinuum  generation (SCG) in a tapered chalcogenide fiber is desirable for broadening mid-infrared  (or mid-IR, roughly the 2-20 &mu;m wavelength ...

in-situ-tapering-chalcogenide-fiber-for-mid-infrared-supercontinuum

Research

JoVE Journal

Engineering

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

12.2K Aufrufe.  Stanford University. Wir beschreiben ein Verfahren zur In-situ Wie Verjüngung 2 S 3. Fasern, um eine effiziente mittleren Infrarot Superkontinuum Generation zu erreichen. Durch Verjüngung, während die Überwachung der Superkontinuum Das Spektrum kann die spektrale Breite für eine Fasertaper maximiert werden. In-situ Faser verjüngt angewendet werden, um die Leistung der anderen Faser-basierten Geräten zu optimieren.

Serie: In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ Neutronenpulver Mit Maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Batterien

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists chiefly of velocity and temperature readings, both ideally having high spatial and temporal resolution to facilitate rigorous code validation. While high resolution velocity data is readily obtained through optical measurement techniques such as particle image velocimetry, it has proven difficult to obtain temperature data with similar resolution. Traditional sensors such as thermocouples cannot fill this role, but the recent development of distributed sensing based on Rayleigh scattering and swept-wave interferometry offers resolution suitable for CFD code validation work. Thousands of temperature measurements can be generated along a single thin optical fiber at hundreds of Hertz. Sensors function over large temperature ranges and within opaque fluids where optical techniques are unsuitable. But this type of sensor is sensitive to strain and humidity as well as temperature and so accuracy is affected by handling, vibration, and shifts in relative humidity. Such behavior is quite unlike traditional sensors and so unconventional installation and operating procedures are necessary to ensure accurate measurements. This paper demonstrates implementation of a Rayleigh scattering-type distributed temperature sensor in a thermal mixing experiment involving two air jets at 25 and 45 &#176;C. We present criteria to guide selection of optical fiber for the sensor and describe installation setup for a jet mixing experiment. We illustrate sensor baselining, which links readings to an absolute temperature standard, and discuss practical issues such as errors due to flow-induced vibration. This material can aid those interested in temperature measurements having high data density and bandwidth for fluid dynamics experiments and similar applications. We highlight pitfalls specific to these sensors for consideration in experiment design and operation.

We demonstrate use of a fiber optic distributed sensor for mapping the temperature field of mixing air jets. The Rayleigh scattering-based sensor generates thousands of data points along a single fiber to provide exceptional spatial resolution that is unattainable with traditional sensors such as thermocouples.

Temperaturfeldzuordnung Glasfaser verteilten Sensoren für hochauflösendes

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

Elektroabscheidung von einheitlicher Dicke Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; Und As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; Chalkogenidglases Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

Fokussierte Ion Beam Herstellung von LiPON-basierten Solid-State-Lithium-Ionen-Nanobatteries zu Testzwecken In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

Installationsmethode zur Verbesserung der Qualitätskontrolle für Faser verstärkt Polymer Spike Anker

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. When visualization is lost, the medical device can cause trauma to critical tissue structures. Here, a method to track the needle tip during ultrasound image-guided procedures is presented. This method involves the use of a fiber-optic ultrasound receiver that is affixed within the cannula of a medical needle to communicate ultrasonically with the external ultrasound probe. This custom probe comprises a central transducer element array and side element arrays. In addition to conventional two-dimensional (2D) B-mode ultrasound imaging provided by the central array, three-dimensional (3D) needle tip tracking is provided by the side arrays. For B-mode ultrasound imaging, a standard transmit-receive sequence with electronic beamforming is performed. For ultrasonic tracking, Golay-coded ultrasound transmissions from the 4 side arrays are received by the hydrophone sensor, and subsequently the received signals are decoded to identify the needle tip&#39;s spatial location with respect to the ultrasound imaging probe. As a preliminary validation of this method, insertions of the needle/hydrophone pair were performed in clinically realistic contexts. This novel ultrasound imaging/tracking method is compatible with current clinical workflow, and it provides reliable device tracking during in-plane and out-of-plane needle insertions.

Accurate and efficient visualization of invasive medical devices is extremely important in many ultrasound-guided minimally invasive procedures. Here, a method for localizing the spatial position of a needle tip relative to the ultrasound imaging probe is presented.

Dreidimensionale Ultraschall Nadel Tipp Tracking mit einem Glasfaser-Ultraschall-Empfänger

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory setups is presented. The experiments are easily repeatable compared to operational scale experiments (pool diameter &#8805;2 m), while still featuring quite realistic in situ burning conditions of crude oil on water. Experimental conditions include a flowing water sub-layer that cools the oil slick and an external heat flux (up to 50 kW/m2) that simulates the higher heat feedback to the fuel surface in operational scale crude oil pool fires. These conditions enable a controlled laboratory study of the burning efficiency of crude oil pool fires that are equivalent to operational scale experiments. The method also provides quantitative data on the requirements for igniting crude oils in terms of the critical heat flux, ignition delay time as a function of the incident heat flux, the surface temperature upon ignition, and the thermal inertia. This type of data can be used to determine the required strength and duration of an ignition source to ignite a certain type of fresh or weathered crude oil. The main limitation of the method is that the cooling effect of the flowing water sub-layer on the burning crude oil as a function of the external heat flux has not been fully quantified. Experimental results clearly showed that the flowing water sub-layer does improve how representative this setup is of in situ burning conditions, but to what extent this representation is accurate is currently uncertain. The method nevertheless features the most realistic in situ burning laboratory conditions currently available for simultaneously studying the flammability and burning efficiency of crude oil on water.

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Here, we present a protocol to simultaneously study the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil under conditions that simulate in situ burning operations on the sea.

Experimentelle Verfahren für Untersuchungen im Labor des Brennens In Situ : Entflammbarkeit und brennen Effizienz von Rohöl

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with solid-cladding devices, capillary oscillations are not restricted, allowing the fiber walls to move and vibrate. The fiber is constructed by a high direct current (DC) voltage of several thousand volts (kV) between two water reservoirs that creates a floating water thread, known as a water bridge. Through the choice of micropipettes, it is possible to control the maximal diameter and length of the fiber. Optical fiber couplers, at both sides of the bridge, activate it as an optical waveguide, allowing researchers to monitor the water fiber capillary body waves through transmission modulation and, therefore, deducing changes in surface tension.
Co-confining two important wave types, capillary and electromagnetic, opens a new path of research in the interactions between light and liquid-wall devices. Water-walled microdevices are a million times softer than their solid counterparts, accordingly improving the response to minute forces.

This protocol describes the design and manufacture of a water bridge and its activation as a water fiber. The experiment demonstrates that capillary resonances of the water fiber modulate its optical transmission.

Konstruktion und Fertigung einer optischen Faser aus Wasser gemacht

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...