Diese Forschung wird durch Grantnummer 1029547 von der National Science Foundation unterstützt. Die Autoren bedanken sich bei DJ Welker von Paradigm Optics Inc. bestätigen für die Bereitstellung der ersten Fasersegmente und die Neufestlegung der abschließenden optischen Faser. Autoren erkennen auch Steven Hardcastle und Heather A. Owen für SEM Bildgebung.

1. Herstellen einer ungeordneten Polymer Optical Fiber <ol><li> Verteilt über 200 der PMMA-Stränge auf einem Tisch ausgebreitet und die gleiche Anzahl von PS-Stränge auf der Oberseite des PMMA. Mischen und verpacken Sie die Stränge. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis 40.000 Stränge PMMA zufällig mit 40.000 PS Stränge miteinander vermischt werden. </li><li> Montieren Sie die zufällig gemischt Stränge in ein Quadrat mit einer Seitenlänge Vorform Breite von etwa 2,5 Zoll. </li><li> Zeichnen der Vorform in eine optische Faser mit einem Durchmesser von 250 um. Die Vorform wird bei Paradigm Optics GmbH mit ihren Standard-Verfahren 16 gezogen. </li></ol> 2. Imaging die Brechzahlprofils des Disordered Fiber <ol><li> Verwenden Sie eine SEM wie Topcon ABT zur Abbildung der Brechzahlprofils des resultierenden optischen Faser. </li><li> Tauchen Sie die Polymer Optical Fiber Proben in flüssigem Stickstoff für etwa 10 min und dann in der Hälfte brechen. </li><li> Tauchen Sie die gebrochenen Spitzen der Proben in Ethylalkohol. Keep die Temperatur der Lösung bei etwa 65 ° C. Lassen Sie die Proben in der Lösung für ca. 3 min, bis der Ethylalkohol löst die PMMA Websites in der Faser. </li><li> Coat jede Probe mit einer 10 nm dicken Schicht aus Au / Pd und legen Sie die Probe in der Kammer des SEM. </li></ol> 3. Vorbereitung der Proben für Fiber Optische Charakterisierung <ol><li> Bereiten 5 cm lange Faser Proben. </li><li> Erhitzen Sie eine gebogene Klinge bis 65 ° C, und die Faser bis 37 ° C. Mit den richtigen Temperaturen verhindert die Verformung der Faserspitze, die in der Spaltebene auftreten können. </li><li> Ausrichten der Spitze der Faser auf einer Schneidfläche, so dass eine saubere, senkrecht geschnitten hergestellt werden kann. Platzieren Sie die Klinge an der Seite der Faser, und dann schnell über rollen. </li><li> Überprüfen Sie die Faser Spitze mit einem optischen Mikroskop, um sicherzustellen, dass die Faser Spitze senkrecht zu den Fasern Seiten gespalten. Halten der Rasierklinge in einem rechten Winkel in der Spaltvorgang, um ein Kippen zu verhindern the Spitze. </li><li> Verwenden Sie ein Poliertuch Papier wie Thorlabs LFG03P Aluminiumoxid-Poliermittel-Papier (0,3 um), um die Faserproben polieren. Um die Faser Ende polieren, halten Sie es in einer Pinzette, mit der Pinzette greifen die Faser etwa 1,5 mm vom Gesicht weg poliert ist. Zeichnen Sie die Faser über das Papier in einem Zoll lang Figur-8-förmige Pfade, etwa achtmal. Figur-8-förmigen Pfade zu gewährleisten, dass die gesamte Spitze poliert wird. </li></ol> 4. Messung der Breite Profil des propagierten Breite in der Faserproben <ol><li> Paar des He-Ne-Laser in eine SMF630hp Faser mit einem 20x-Objektiv und zwei flachen Spiegeln. Legen Sie die flachen Spiegeln auf Bühnen mit zwei Freiheitsgraden. Legen Sie das Ziel auf einer Bühne mit drei Freiheitsgraden. Zunächst halten die SMF-Faser ein Abstand von 8 mm von der Spitze Ziel. Mit den Knöpfen auf den Spiegelhalter und dem Ziel-Halter, beleuchten das Laserlicht auf die Spitze der Faser. Verbinden Sie die andere Seite der SMF einem Leistungsmesser. Paar Strom in das SMF mit den Reglern auf dem Spiegel Inhaber als auch die transversale Knöpfe auf dem Ziel-Halter. Die Effizienz der Kopplung kann durch den Einsatz der Anordnung in Längsrichtung Knopf an der Objektivhalterung erhöht werden. Eine gekoppelte Leistung von 1 mW reicht für die Messungen. </li><li> Paar die SMF630hp Fiber to the Polymer Optical Fiber mit Thorlabs MAX343 motorisierten Bühne. Die motorisierten Tisch in den drei kartesischen Richtungen bewegt werden. Mit den transversale Freiheitsgrade, die SMF-Faser Paar zum Zentrum der Polymerfaser Spitze. Verwenden der Längsverschiebung der Bühne, platzieren die SMF-Faser so nah wie möglich an der Polymerfaser. Ein kleiner Luftspalt zwischen der SMF und Polymerfaser reduziert die Aufweitung des Strahls. Legen Sie das gesamte Setup auf einer zweiten Stufe, die motorisiert in der Längsrichtung bewegt. Die zweite motorisierten Tisch zum Abbilden verwendet, wie in 4.4 beschrieben. </li><li> Mit Hilfe eines optischen microscope und eine rechtwinklige Spiegel, zur Überwachung der Position des SMF und Polymerfaser, um sicherzustellen, dass die SMF in der Mitte der Polymer-Faser gekoppelt ist, und dass der Luftspalt zwischen den beiden Fasern ist so klein wie möglich. Eine kleine Neigung in der Polymer-Faser Spitze oder Verformungen in der Polymer-Faser Spitze wegen der Spaltung oder Polieren Prozesse begrenzen die minimale Luftspalt zwischen SMF und Polymer-Faser. Ein kleiner Spalt zwischen den Fasern ist notwendig, weil die SMF-Faser sollte in der Lage zu bewegen, an der Spitze der Polymerfaser. Legen Sie das SMF in der Mitte der Polymerfaser ausschließlich um die Kopplung Prozess einfacher. Während des Experiments quer Auslaufen des einfallenden Strahls, das aus der SMF über die Spitze der Polymerfaser die Lokalisation in verschiedenen Regionen der Polymerfaser beobachten. </li><li> Verwenden Sie eine CCD-Kamera Beam Profiler, um den Ausgang der Faser mit einem 40X-Objektiv messen. Zuerst Sättigung der CCD-Kamera, um die Grenzen der Polymerfaser überwachen.Mit den Knöpfen auf dem Ziel-Halter, stellen Sie sicher, dass die Kunststoff-Faser Grenzen auf dem CCD beobachtet werden können. </li><li> Verwenden Sie einen motorisierten Tisch, die das ganze Setup (beschrieben in 4.2) in Längsrichtung, stellen Sie sicher, das Bild auf dem CCD, indem Sie den Setup weg oder in Richtung des 40X-Objektiv, während die CCD und objektiv festgelegt werden fokussiert bewegt. Als Metrik für die Fokussierung, sollte ein abgebildetes Profil auf dem CCD die Mindestgröße im Fokus haben. Ein fokussiertes Bild des Strahls sollte nicht visuell Wicklung. </li><li> Bewegen Sie den einfallenden Strahl am Eingang Spitze und messen Sie den Ausgang Strahlintensität für verschiedene Positionen einfallenden Strahls. Sammeln von Daten für 5 verschiedene Stellungen des einfallenden Strahls. Führen Sie die Messungen für 20 Faserproben und sammeln insgesamt 100 verschiedene Messungen. </li></ol>

<ol>
	<li>Anderson, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absence+of+diffusion+in+certain+random+lattices.">Absence of diffusion in certain random lattices.</a> Phys. Rev. 109, 1492-1505 (1958).</li><li>John, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+localization+of+photons+in+certain+disordered+dielectric+super+lattices.">Strong localization of photons in certain disordered dielectric super lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2486-2489 (1987).</li><li>Anderson, P. 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+question+of+classical+localization:+a+theory+of+white+paint?.">The question of classical localization: a theory of white paint?.</a> Phil. Mag. B. 52, 505-509 (1985).</li><li>Wiersma, D. S., Bartolini, P., Lagendijk, A., Righini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+light+in+a+disordered+medium.">Localization of light in a disordered medium.</a> Nature. 390, 671-673 (1997).</li><li>Dalichaouch, R., Armstrong, J. P., Schultz, S., Platzman, P. M., McCall, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+localization+by+two-dimensional+random+scattering.">Microwave localization by two-dimensional random scattering.</a> Nature. 354, 53-55 (1991).</li><li>Lagendijk, A. D., de Vries, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transverse+localization+of+light.">Transverse localization of light.</a> Phys. Rev. Lett. 62, 47 (1989).</li><li>Schwartz, T., Bartal, G., Fishman, S., Segev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+and+Anderson+localization+in+disordered+two+dimensional+photonic+lattices.">Transport and Anderson localization in disordered two dimensional photonic lattices.</a> Nature. 446, 52-55 (2007).</li><li>Szameit, A., Kartashov, Y. V., Zeil, P., Dreisow, F., Heinrich, M., Keil, R., Nolte, S., Tunnermann, A., Vysloukh, V. A., Torner, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wave+localization+at+the+boundary+of+disordered+photonic+lattices.">Wave localization at the boundary of disordered photonic lattices.</a> Opt. Lett. 35, 1172-1174 (2010).</li><li>Martin, L., Giuseppe, G. D., Perez-Leij, A. a., Keil, R., Dreisow, F., Heinrich, M., Nolte, S., Szameit, A., Abouraddy, A. F., Christodoulides, D. N., Saleh, B. E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anderson+localization+in+optical+waveguide+arrays+with+off-diagonal+coupling+disorder.">Anderson localization in optical waveguide arrays with off-diagonal coupling disorder.</a> Opt. Express. 19, 13636-13646 (2011).</li><li>Lahini, Y., Avidan, A., Pozzi, F., Sorel, M., Morandotti, R., Christodoulides, D. N., Silberberg, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anderson+localization+and+nonlinearity+in+one-dimensional+disordered+photonic+lattices.">Anderson localization and nonlinearity in one-dimensional disordered photonic lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 013906 (2008).</li><li>Karbasi, S., Mirr, C. R., Yarandi, P. G., Frazier, R. J., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+transverse+Anderson+localization+in+an+optical+fiber.">Observation of transverse Anderson localization in an optical fiber.</a> Opt. Lett. 37, 2304-2306 (2012).</li><li>Karbasi, S., Mirr, C. R., Frazier, R. J., Yarandi, P. G., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detailed+investigation+of+the+impact+of+the+fiber+design+parameters+on+the+transverse+Anderson+localization+of+light+in+disordered+optical+fibers.">Detailed investigation of the impact of the fiber design parameters on the transverse Anderson localization of light in disordered optical fibers.</a> Opt. Express. 20, 18692-18706 (2012).</li><li>Karbasi, S., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-beam+propagation+in+an+Anderson+localized+optical+fiber.">Multiple-beam propagation in an Anderson localized optical fiber.</a> Opt. Express. 21, (2013).</li><li>Abdi, O., Wong, K. C., Hassan, T., Peters, K. J., Kowalsky, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cleaving+of+solid+single+mode+polymer+optical+fiber+for+strain+sensor+applications.">Cleaving of solid single mode polymer optical fiber for strain sensor applications.</a> Opt. Commun. 282, 856-861 (2009).</li><li>Karbasi, S., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+modal+perspective+on+the+transverse+Anderson+localization+of+light+in+disordered+optical+lattices.">A modal perspective on the transverse Anderson localization of light in disordered optical lattices.</a> arXiv. 1301.2385v1, (2013).</li><li>Karbasi, S., Hawkins, T., Ballato, J., Koch, K. W., Mafi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transverse+Anderson+localization+in+a+disordered+glass+optical+fiber.">Transverse Anderson localization in a disordered glass optical fiber.</a> Opt. Mater. Express. 2, 1496-1503 (2012).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

In der Faserzieheinheit Verfahren erst Brechungsindexprofil bleiben nicht mehr als einem Meter konstant, sowohl wegen der Überkreuzungen der ursprünglichen Faserstränge und auch wegen der Schwankungen des Faserdurchmessers in dem Ziehverfahren. Wir erwarten, dass ein stabiler Ziehprozess wird dazu beitragen, eine optische Faser, die invariant ist über längere Faserlängen im Vergleich zu hier berichteten herzustellen. Bei der Herstellung einer Probe für die SEM Bildgebung der Faser Spi...

In einer theoretischen Arbeit von PW Anderson 1 wurde gezeigt, dass in Gegenwart von Störungen in einem Quanten-Elektronik entwickeln die Diffusion stoppt dieser lokalisierten elektronischen Zuständen. Anderson-Lokalisierung ist eine Welle Phänomen, das auch für klassische Wellen wie Licht auftreten können. Da die theoretische Vorhersage Anderson-Lokalisierung in der Optik 2,3, wurden viele Anstrengungen, dieses Phänomen zu erkennen experimentell mit elektromagnetischen Wellen 4,5. Es ist jedoch sehr schwierig gewesen, starke Lokalisierung erreichen, weil die optischen Streuquerschnitten oft zu klein aufgrund der geringen Brechungsindex Kontrast meisten optischen Materialien. 1989 zeigte De Raedt et al. 6, dass es möglich ist, die Anderson-Lokalisierung in einem quasi-zweidimensionalen ungeordneten optisches System mit niedrigem Brechungsindex Kontraste zu beobachten. Sie zeigten, dass, wenn die Störung in der Querebene eines Gegenstandes beschränkt istpropagierenden Welle in einer Längsrichtung invariant Medium kann der Strahl beschränkt bleiben auf einen kleinen Bereich in der Querrichtung durch starke transversale Streuung. Quer Anderson-Lokalisierung wurde in zweidimensionalen Wellenleiter, die mit Interferenzmuster in einem photorefraktiven Kristall 7 erstellt wurden beobachtet. Quarzglas ist das andere Medium, das zur Beobachtung der quer Anderson-Lokalisierung 8,9, wobei ungeordneten Wellenleiter geschrieben mit Femtosekunden-Pulsen entlang der Probe verwendet wurde. Die Brechungsindexdifferenz des ungeordneten Stellen in den oben genannten Systemen liegen in der Größenordnung von 10 -4, so dass die Lokalisierung Radius ist recht groß. Darüber hinaus sind die typischen Wellenleiter in der Regel nicht länger als einige Zentimeter, daher können sie nicht praktisch für geführten Wellen Anwendungen. Wir weisen darauf hin, dass die Beobachtung von Quer-Anderson-Lokalisierung in einem eindimensionalen ungeordneten Wellenleiter früher in Re wurde berichtet,f 10. Die optische Faser entwickelt hier hat mehrere Vorteile gegenüber den bisherigen Realisierungen quer Anderson-Lokalisierung für geführten Wellen Anwendungen 11,12. Zuerst wird der große Unterschied Brechungsindex von 0,1 zwischen den Seiten Störung der Faser führt zu einer kleinen lokalisierten Strahl vergleichbar mit dem Strahlradius der regelmäßigen optischen Fasern. Zweitens kann das Polymer ungeordnet Lichtleitfaser viel länger als die ungeordneten Wellenleiter außen in photorefraktiven Kristallen oder Quarzglas geschrieben werden. Wir konnten quer Anderson-Lokalisierung in einem 60 cm langen Faser 11 zu beobachten. Drittens ist das Polymer ungeordneten optischen Faser flexibel, so dass es praktisch für realen Welt Device-Level-Anwendungen, die auf den Transport von Lichtwellen in Fasern 13 verlassen. Um die ungeordneten optischen Faser herzustellen, wurden 40.000 Litzen von PMMA und 40.000 Stränge PS zufällig gemischt, wobei jeder strund war 8 cm lang und 250 um im Durchmesser. Die zufällig gemischten Stränge wurden in einem quadratischen Querschnitt Vorform mit einer Seite-Breite von etwa 2,5 Zoll montiert. Die Vorform wurde dann auf einem quadratischen optischen Faser mit einer seitlichen Breite von etwa 250 um (Fig. 1) gezogen. Um zufällig mischen die ursprünglichen Faserbündel, verbreiten wir eine Schicht von PMMA-Stränge auf einem großen Tisch, zusätzliche Ebene der PS-Stränge, und dann nach dem Zufallsprinzip gemischt sie zusammen. Die Prozedur wurde mehrmals wiederholt, bis eine gute Zufallszahlen Mischung erhalten wurde. Wir verwendeten ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) zum Abbilden des Brechungsindexprofil der ungeordneten optischen Polymerfasern. Regelmäßige Spaltung Techniken wie mit einem scharfen beheizten Klinge kann verwendet werden, um die Faser Proben für die REM-Abbildung der Faserenden ihre Brechungsindexprofil Karte herzustellen, weil die Klinge Schäden die Morphologie des Faserende. Polieren der Faser eine ähnliche nachteilige Auswirkungen auf the Qualität des Faserende. Um qualitativ hochwertige Proben für die REM-Bildgebung bereiten wir jede Faser in flüssigem Stickstoff für mehrere Minuten unter Wasser und dann brach die Faser; wenn auf genügend Ballaststoffe Proben durchgeführt, die Ergebnisse dieser Methode in ein paar gute Stücke Faser (rund 15% Erfolg Rate) mit sehr hoher Qualität und glatte Oberflächen Ende für die SEM-Bildgebung. Dann verwendet ein 70% Ethylalkohol-Lösung bei 60 ° C für etwa 3 min auf der PMMA-Stellen auf dem Faserende lösen, längere Belichtung kann das ganze Faserende zerfallen. Wir haben dann die Proben mit Au / Pd beschichtet und legte sie in die Kammer SEM. Die vergrößerten REM-Aufnahme der ungeordneten Polymer Optical Fiber ist in Abbildung 2 dargestellt. Die hellgrauen Seiten sind PS und die dunklen Seiten sind PMMA. Die Gesamtbreite des Bildes ist 24 um, wo die kleinsten Strukturgrößen in diesem Bild sind ~ 0,9 um, entsprechend den einzelnen Standort Größen der Faserbündel, nach der Auslosung Prozess. Um characterize die Wellenleitereigenschaften der ungeordneten optischen Faser, verwendeten wir ein He-Ne-Laser mit 633 nm Wellenlänge. Die He-Ne-Laser mit einer einzigen Mode SMF630hp optische Faser mit einem Modenfelddurchmesser von etwa 4 um, die dann an die ungeordneten polymeren optischen Faser unter Verwendung eines hochpräzisen motorisierten Tisch gekoppelten stumpf verbunden. Der Ausgang wird dann auf einer CCD-Kamera Strahlprofilierer mit einem 40X-Objektiv abgebildet wird. In der ersten Reihe von Experimenten haben wir uns 20 verschiedene Proben ungeordneten Fasern, die jeweils 5 cm lang, das 5 cm Länge wurde gewählt, um die Ausbreitung Länge im numerischen Simulation entsprechen. Die numerischen Simulationen der ungeordneten Fasern sind in der Regel sehr zeitaufwendig, auch auf einem High Performance Computing Cluster mit 1.100 Elementen. Der vollständige quer Anderson-Lokalisierung für die Wellenlänge von 633 nm passiert erst nach ca. 2,5 cm Ausbreitungsrichtung 11,12, daher haben wir beschlossen, dass die 5-cm Länge ausreichend für unsere Zwecke. Aufgrund der stochastic Natur des Anderson-Lokalisierung, mussten wir sowohl die Experimente und die Simulationen für 100 Realisierungen zu wiederholen, um eine ausreichende Statistik zu sammeln, um die experimentellen und numerischen Werte des durchschnittlichen Strahldurchmesser vergleichen. In der Praxis werden 100 verschiedene Messungen, indem fünf räumlich voneinander getrennte Messungen an jedem der 20 verschiedenen ungeordneten Faser entnommenen Proben. Es ist ziemlich schwierig, die ungeordneten optischen Polymerfasern zur Messung vorzubereiten, verglichen mit optischen Glasfasern. Zum Beispiel, kann man nicht die erweiterte Spaltung und Polieren Werkzeuge und Techniken, die für Standard-Silica-basierte Faser gut entwickelt. Ein verfeinertes Verfahren zur Spaltung und Polieren optischer Polymerfasern wurde von Abdi et al berichtet 14;. Wir nutzten ihre Methoden mit einigen geringfügigen Änderungen an unseren Faserproben vorzubereiten. Zur Abspaltung eines Polymers ungeordneten optischen Faser ist eine gekrümmte X-Acto Klinge auf 65 °, C, und die Faser bis 37 ° C. Die Spitze der Faser auf einer Schneidfläche so ausgerichtet, dass eine saubere, senkrechtem Schnitt vorgenommen werden kann. Die Klinge ist an der Seite der Faser angeordnet und sehr zügig über. Das gesamte Verfahren soll Spaltung so schnell wie möglich durchzuführen, um sicherzustellen, dass die Temperaturen der Klinge und Faser nicht wesentlich verändern. Nach der Spaltung der Faser und Inspektion unter einem optischen Mikroskop wird die Faser Ende poliert mit Standard-Faser Läppen Blatt (0,3 um Thorlabs LFG03P Aluminiumoxid-Poliermittel Papier), um sicherzustellen, dass alle kleine Unvollkommenheiten entfernt werden. Um das Faserende zu polieren, wird es in einer Pinzette mit der Pinzette Halten der Faser etwa 1,5 mm von der Stirnseite poliert wird gehalten. Die Faser wird über das Papier in ein Inch lang gezogene Zahl-8-förmigen Pfade, etwa achtmal. Das Polieren der Faser ergibt glattere Kanten unter dem optischen Mikroskop untersucht. Darüber hinaus erleichtert Polieren richtige Kopplung an einem StandortLized Ort in der Faser, die wiederum die Dämpfung sowohl in der Kupplung und auch in der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung Abstand vor der lokalisierten Stelle gebildet wird. Wir verwendeten eine CCD-Kamera Beam Profiler, um Bild die Ausgabe Strahlintensität. Nahfeld-Intensitätsprofil erfasst wurde unter Verwendung eines 40X-Objektiv. Um die Grenzen der Faser zu finden, gesättigt wir die CCD indem die Leistung des einfallenden Lichts aus der Faser SMF630hp. Nach dem Erfassen des Intensitätsprofils des lokalisierten Strahls in Bezug auf die Grenzen setzen wir den CCD Strahlprofilierer der Belichtungsautomatik Option. Wir haben das Bild von der Intensität Profil, um die effektive Strahlradius berechnen. Um die Wirkung der Umgebungsgeräusche zu entfernen, wir Bildverarbeitungsprozedur kalibriert, um sicherzustellen, dass wir die erwarteten Strahldurchmesser des SMF630hp Faser zu erhalten. Die durchschnittliche gemessene Wert der Strahlradius und seine Variationen um den Mittelwert stimmen gut mit den numerische Simulationen, wie in Lit. gezeigt. 11. Der Ausgang Strahlprofil in die Polymerfaser eindeutig folgt eine Änderung in der Position des einfallenden Strahls, wie in Lit. gezeigt. 11,12,13. Eine umfassende Studie über die Auswirkungen der Design-Parameter wie die Störung vor Ort Größen und der einfallenden Wellenlänge auf der Strahlradius der lokalisierten Strahl wurde in Refs vorgestellt. 12,15.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>poly (methyl methacrylate) (PMMA)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polystyrene (PS)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% ethyl alcohol solution at 65 &deg;C</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of disordered polymer optical fibers for transverse anderson localization of light

Wir entwickeln und charakterisieren eine ungeordnete Polymer Optical Fiber, die quer Anderson-Lokalisierung verwendet als neuartige Wellenleiter-Mechanismus. Das entwickelte polymere optische Faser von 80.000 Litzen von Poly (methylmethacrylat) (PMMA) und Polystyrol (PS), die zufällig gemischt sind, ausgenommen in einem quadratischen Querschnitt optischen Faser mit einer seitlichen Breite von 250 um besteht. Anfangs ist jeder Strang 200 um im Durchmesser und 8 cm lang. Beim Mischvorgang der ursprünglichen Faserstränge kreuzen sich die Fasern übereinander, jedoch gewährleistet eine große Streckverhältnis dass das Brechungsindexprofil invariant entlang der Länge der Faser mehrere zehn Zentimeter beträgt. Die große Brechungsindexdifferenz von 0,1 zwischen den ungeordneten Stellen führt zu einer kleinen lokalisierten Strahlradius, die vergleichbar mit der Strahlradius von herkömmlichen optischen Fasern ist. Die Eingabe Licht wird von einem Standard-Single-Mode-Glasfaser mit dem Hintern-Kopplung-Methode und die nea gestartetr-Feld Ausgangsstrahl von der ungeordneten Faser abgebildet wird unter Verwendung eines 40X-Objektiv und eine CCD-Kamera. Der Ausgang Strahldurchmesser stimmt gut mit den erwarteten Ergebnissen aus den numerischen Simulationen. Die ungeordneten optischen Faser in dieser Arbeit vorgestellten ist das erste Gerät-Ebene die Umsetzung von 2D-Anderson-Lokalisierung und kann potenziell für Bild Transport und Kurzstrecken-optischen Kommunikationssystemen verwendet werden.

Die REM-Aufnahme der polierten Faser ist in Abbildung 1 dargestellt. Die REM-Aufnahme in Abbildung 1 zeigt, dass für die meisten Regionen der Faser Spitze, die Qualität ist gut polieren. Die REM-Aufnahme der Faserproben mit ihren Enden in Ethylalkohollösung, Bild 2, zeigt die PMMA gelöst Websites in den dunklen und PS Websites in grauen Farben. Die REM-Aufnahme in Abbildung 2 liegt auf einem 24 um Breite der Faser erkennen. Für SEM Bebilderung werd...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light at JoVE.com

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

Wir entwickeln und charakterisieren eine ungeordnete Polymer Optical Fiber, die quer Anderson-Lokalisierung verwendet als neuartige Wellenleiter-Mechanismus. Diese mikrostrukturierten Faser kann eine kleine lokalisierte Strahl mit einem Radius, der vergleichbar mit dem Strahlradius von herkömmlichen optischen Fasern transportieren.

Herstellung und Charakterisierung von Disordered Optische Polymerfasern für Quer Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

fabrication-characterization-disordered-polymer-optical-fibers-for

Research

JoVE Journal

Engineering

11.3K Aufrufe.  University of Wisconsin-Milwaukee. Wir entwickeln und charakterisieren eine ungeordnete Polymer Optical Fiber, die quer Anderson-Lokalisierung verwendet als neuartige Wellenleiter-Mechanismus. Diese mikrostrukturierten Faser kann eine kleine lokalisierte Strahl mit einem Radius, der vergleichbar mit dem Strahlradius von herkömmlichen optischen Fasern transportieren.

Serie: Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Forschung

Ingenieurwesen

Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing of the signals is done in the electrical domain. Direct storage in the optical domain would avoid the transfer of the packets to the electrical and back to the optical domain in every network node and, therefore, increase the speed and possibly reduce the energy consumption of telecommunications. However, light consists of photons which propagate with the speed of light in vacuum. Thus, the storage of light is a big challenge. There exist some methods to slow down the speed of the light, or to store it in excitations of a medium. However, these methods cannot be used for the storage of optical data packets used in telecommunications networks. Here we show how the time-frequency-coherence, which holds for every signal and therefore for optical packets as well, can be exploited to build an optical memory. We will review the background and show in detail and through examples, how a frequency comb can be used for the copying of an optical packet which enters the memory. One of these time domain copies is then extracted from the memory by a time domain switch. We will show this method for intensity as well as for phase modulated signals.

The article describes a procedure to store optical data packets with an arbitrary modulation, wavelength, and data rate. These packets are the basis of modern telecommunications.

Quasi-Lichtraum für optische Datenpakete

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Herstellung und Betrieb eines Nano-Optical Fließband

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

Schreiben-Bragg-Gitter in Multicore- Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

Compact-Objektiv lose digitale holografische Mikroskop für MEMS-Inspektion und Charakterisierung

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Free-form Light Actuators &amp;#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...