この研究は、国立科学財団からの助成金番号1029547でサポートされています。著者らは、初期の繊維セグメントおよび最終的な光ファイバの再描画を提供するためのパラダイムオプティクス社よりDJウェルカーを確認したいと思います。著者はまた、スティーブン·ハードキャッスルとSEMイメージング用ヘザーA.オーウェンを認める。

1。乱れたポリマー光ファイバを製造する<ol><li>テーブルの上にPMMA鎖の約200広がり、PMMAの上にPSストランドの同じ数を広げた。ミックスとストランドを再梱包。 PMMAの40,000ストランドがランダムにPSの40,000ストランドと混合されるまでこの手順を繰り返します。 </li><li>約2.5インチの横幅の正方形のプリフォームに無作為に混合ストランドを組み立てる。 </li><li> 250μmの径の光ファイバにリフォームを描く。リフォームは、その標準的な手順16を使用して株式会社パラダイム·オプティックスで描画されます。 </li></ol> 2。イメージング乱れファイバの屈折率プロファイル<ol><li>結果として得られる光ファイバの画像屈折率プロファイルになどトプコンABTなどSEMを使用してください。 </li><li>水没は、ポリマー光ファイバの約10分間、液体窒素中でサンプルとその後半分に破る。 </li><li>エチルアルコールに水没サンプルの壊れたヒントを。柯約65℃での溶液のEP温度エチルアルコールは、ファイバ中のPMMAサイトを溶解するまで、約3分のためのソリューションのサンプルをしておきます。 </li><li>のAu / Pdを10 nmの厚さの層で被覆各サンプルとSEMのチャンバー内にサンプルを配置します。 </li></ol> 3。光学特性評価のためのファイバサンプルの準備<ol><li>長さ5cm繊維サンプルを準備します。 </li><li> 65℃に湾曲した刃を熱し、37に繊維°C。右の温度を使用すると、切断工程で発生する可能性が繊維先端の変形を防ぎます。 </li><li>きれいな、垂直カットを行うことができるように、切断面にファイバーの先端を合わせます。繊維の側面に刃を置き、その後すぐに渡って転がる。 </li><li>ファイバ先端を繊維側に垂直に切断されていることを確認するために光学顕微鏡を用いた繊維の先端を点検。番目の傾きを防止するために劈開工程において直角にカミソリの刃を保つ電子チップ。 </li><li>繊維サンプルを研磨するなどソーラボLFG03P酸化アルミニウム研磨紙（0.3μm）のように研磨紙を使用してください。ファイバ端を磨くために、ピンセットが研磨される面から約1.5mm離れて繊維を把持して、ピンセットでそれを保持する。 1インチ長い8の字型のパス、約8倍で紙の上に繊維を描画します。 8の字型のパスは全体先端が研磨されていることを確認してください。 </li></ol> 4。ファイバサンプルで伝播光のビームプロファイルを測定<ol><li>カップル20X客観的かつ二つの平面ミラーを用いSMF630hp繊維へのHe-Neレーザ。つの自由度でステージ上の平面ミラーを配置します。 3つの自由度でステージ上で目標を置きます。当初は8ミリメートルの距離が離れて客観的な先端からSMFファイバを保つ。ミラーホルダと対物ホルダにノブを使用して、ファイバの先端にレーザ光を照射する。 Sの反対側を接続しますパワーメータにMF。客観的なホルダーにミラーホルダーのノブだけでなく横断ノブを使用してSMFに結合力。結合の効率が大幅対物ホルダに長手位置決めノブを使用して増加させることができる。 1 mWのの結合力​​が十分測定用です。 </li><li>ソーラボMAX343電動ステージを用い、ポリマー光ファイバに結合SMF630hp繊維。電動ステージは、3つのデカルト座標の方向に移動させることができる。カップルSMFファイバポリマー繊維先端の中心に、自由の横断度を使用する。ステージの縦方向の変位を用いて、ポリマー繊維にできるだけ密接にSMFファイバを配置。 SMFとポリマー繊維の間に小さいエアギャップは、ビームの拡大を低減します。長手方向に移動する第二の電動ステージ上の全体設定を置きます。 4.4で説明されるように第2電動ステージは、撮像のために使用される。 </li><li>光学Mを用いicroscopeと直角ミラーは、SMFは、ポリマー繊維の中心に結合され、2つのファイバの間のエアギャップはできるだけ小さいことされていることを確認するにはSMFとポリマー繊維の位置を監視する。ポリマー繊維の先端にあるポリマー繊維の先端又は変形の小さい傾斜は、プロセスを切断または研磨するため、SMF及びポリマー繊維間の最小エアギャップを制限することができる。 SMFファイバ、ポリマーファイバの先端に動き回ることができなければならないので、繊維間の小さなギャップが必要である。もっぱらカップリングプロセスを容易にするためにポリマー繊維の中心にSMFを置きます。実験中、横方向にポリマー繊維の異なる領域に局在を観察するポリマー繊維の先端を越えSMFから出てくる入射ビームをスイープ。 </li><li> 40X対物レンズを用いて光ファイバの出力を測定するためにCCDカメラビームプロファイラを使用してください。まず、ポリマー繊維の境界を監視するためにCCDカメラを飽和させる。客観的なホルダーにノブを使用し、ポリマー繊維の境界は、CCD上で観察することができることを確認します。 </li><li>縦方向に全体のセットアップ（4.2で説明）移動電動ステージを使用し、CCD上の画像は、CCDと客観が固定されている間離れてまたは40X目標に向けたセットアップを移動することによって焦点を合わせていることを確認します。集束するための指標として、CCD上に結像プロファイルが焦点に最小サイズを持っている必要があります。ビームの焦点を当てて画像を視覚的に巻き線されるべきではない。 </li><li>入力先端に入射ビームを移動させ、異なる入射ビーム位置の出力ビームの強度を測定する。入射ビームの5つの異なる位置のデータを収集。 20繊維サンプルの測定を実施し、100種類の測定値の合計を収集します。 </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>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

ファイバ線引き工程において、屈折率プロファイルがあるため、元の繊維ストランドのクロスオーバーのために、また、延伸過程における繊維径の変化の両方メートル以上に一定のままではありません。我々は、より安定した描画処理はここで報告に比べ長い繊維長にわたって不変である光ファイバを製造するために役立つことを期待しています。 ファイバー先端のSEM?...

PWアンダーソン1による理論的研究では、量子電子システム内の障害の存在下で、拡散プロセスが停止し、局所的な電子状態を開発することが示された。アンダーソン局在も光などの古典的な波が発生する可能性があります波動現象である。光学2,3におけるアンダーソン局在の理論的な予測なので、4,5電磁波を実験的にこの現象を実現するために多くの努力がなされている。光散乱断面積が最も光学材料の低屈折率コントラストのために頻繁には小さすぎるので、それは強力な局在化を達成することが非常に困難であった。 1989年に、デRaedt ら 6は、低屈折率コントラストを有する準2次元無秩序光学系においてアンダーソン局在を観察することが可能であることを示した。彼らは、障害が支柱の横断面に限定されている場合はことを示した縦方向に不変培地で波をagating、ビームは強い横散乱による横方向に小さな領域に閉じ込められたままできます。横アンダーソン局在は、まずフォトリフラクティブ結晶7における干渉パターンを使用して作成された二次元光導波路で観察された。石英ガラスは無秩序導波路はサンプルに沿って、フェムト秒パルスを用いて書かれている横方向のアンダーソン局在8,9、の観察に用いられてきた他の媒体です。上述したシステムにおける不規則部位の屈折率差が10 -4のオーダーであるので、ローカライゼーション半径が非常に大きい。さらに、典型的な導波路は、通常数センチより長いではありませんので、彼らは導波アプリケーション用に実用的ではないかもしれない。私たちは、一次元無秩序導波路における横アンダーソン局在の観察、以前再で報告されたことを指摘F 10。 ここで開発された光ファイバは、導波アプリケーション11,12用横アンダーソン局在の以前の実現に比べていくつかの利点があります。まず、規則的な光ファイバのビーム半径と同程度の小さな局所的なビームファイバー結果の障害部位の間0.1の屈折率差が大きい。第二に、ポリマー無秩序な光ファイバがはるかに長いリフラクティブ結晶または溶融シリカに外部から書き込む無秩序波路より行うことができます。私たちは、60 cmの長繊維11の横アンダーソン局在を観察することができました。第三に、ポリマー無秩序光ファイバは、ファイバ13の光の波の輸送に依存している現実世界のデバイスレベルのアプリケーションのための、それが実用的な作り、柔軟性があります。 、乱れた光ファイバを製造するPMMAの40,000ストランドとPSの40,000ストランドがランダムに混在していた、どこにそれぞれSTRためにと直径8インチの長さと250であった。ランダムに混合ストランドは、約2.5インチの側幅正方形断面プリフォームに組み立てた。プリフォームは、その後、約250μm（ 図1）側の幅が正方形の光ファイバに描かれた。ランダムに元の繊維ストランドを混合するために、我々は、大規模なテーブルの上にPMMA繊維ストランドの層を広めるPS繊維ストランドの層を加えた後、ランダムにそれらを一緒に混合した。良好なランダム混合物が得られるまで手順を何度も繰り返した。 我々は、無秩序なポリマー光ファイバの画像屈折率プロファイルを走査型電子顕微鏡（SEM）を使用した。ブレードが損傷ファイバ端部の形態をので、このような鋭利な刃を用いて加熱されたとして正規劈開手法は、その屈折率プロファイルをマッピングするためにファイバ端部のSEM撮像用ファイバのサンプルを調製するために使用することができない。繊維を研磨すると、目の上に同じような有害な影響を与えているファイバ端の電子品質。 SEMイメージングのための高品質の試料を調製するために、我々は数分間液体窒素で各繊維を沈めた後、繊維を壊し、十分な繊維サンプルで行われている場合、15％の成功の周りにいくつかの良い繊維片（このメソッドの結果率）SEM撮像のための非常に高品質で滑らかな端面を有する。私たちは、その後60℃70％のエチルアルコール溶液を使用した°の繊維の端にPMMAサイトを溶解するために約3分間、長い露光全体ファイバ端を分解することができます。次に、金/パラジウムでコーティングしたサンプルをSEM室内にそれらを置いた。ズームインした不規則なポリマー光ファイバのSEM像を図2に示されている。ライトグレーのサイトはPSであり、ダークサイトはPMMAである。画像の幅の合計は、このイメージの最小特徴サイズは繊維ストランドの個々のサイトの大きさに対応する〜0.9μmで、描画処理の後である24μmで。 ます特性にするために乱れた光ファイバの導波特性をRIZE、私たちは、633 nmの波長でのHe-Neレーザーを使用していました。ヘリウムネオンレーザ次いで、高精度な電動ステージを使用して不規則なポリマー光ファイバに突き合わせ結合される約4μmのモードフィールド径を有するシングルモードSMF630hp光ファイバに結合されている。出力は、40X対物レンズを用いてCCDカメラのビームプロファイラ上に結像される。 最初の実験では、20種類の不規則繊維サンプル、それぞれ5-cmの長さを選んだ。5 cmの長さは、我々の数値シミュレーションにおける伝搬長さに合うように選ばれた。無秩序繊維の数値シミュレーションでも1,100の要素を持つ、高性能コンピューティング·クラスタ上で、一般的には非常に時間がかかるです。 633nmの波長のための完全な横アンダーソン局在のみ伝播11,12の約​​2.5 cmの後に発生するので、我々は5センチの長さが我々の目的のために十分であることを決定した。 STOCのためアンダーソン局在のhastic性質は、我々は、平均ビーム径の実験と数値を比較するために十分な統計情報を収集するために、100実現するための実験とシミュレーションの両方を繰り返す必要があった。実際には、100種類の測定は、20の異なる不規則繊維試料の各々に5空間的に分離さ測定を行うことによって得られる。 これは、ガラス光ファイバと比較して、測定のために不規則なポリマー光ファイバを製造するためにかなり困難である。たとえば、1は、標準的なシリカ系繊維のためによく開発され、高度な切断及び研磨ツールと技術を使用することはできません。ポリマー光ファイバを切断し、研磨するための洗練された手順は、アブディらによって報告されている14、。当社は繊維試料を調製するために、いくつかのマイナーな修正を加えて、そのメソッドを使用していました。劈開ポリマー不規則光ファ​​イバするために、湾曲したX-ACTOブレードを65℃に加熱する、C、および37°Cファイバ。きれい、垂直切断を行うことができるように、ファイバの先端が切断面上に整列される。ブレードは、ファイバの側に配置され、かつ迅速に渡って巻かれる。全体劈開プロセスは、ブレードおよび繊維の温度が大きく変化しないように、できるだけ速く行われるべきである。繊維を切断し、光学顕微鏡下でそれを検査した後、ファイバー端が軽微な欠陥が削除されていることを確実にするために標準ファイバラッピングシート（0.3μmのソーラボLFG03P酸化アルミニウム研磨紙）を使用して研磨される。ファイバ端部を研磨するためには、約1.5mm離れて研磨される端面から光ファイバを保持するピンセットをピンセットで保持される。繊維は、1インチの長い8の字型のパス、約8倍で紙の上に描かれています。光学顕微鏡で検査としてスムーズエッジ中の繊維の結果を研磨。また、研磨はLOCAへの適切な結合を促進する局所的なスポットを形成する前に、順番に結合や、初期伝搬距離の両方の減衰を低減する繊維でlizedスポット。 我々は、画像出力ビーム強度にCCDカメラビームプロファイラを使用していました。近接場強度プロファイル40X対物レンズを用いて撮影された。繊維の境界を見つけるために、我々はSMF630hpファイバからの入射光のパワーを増加させることによってCCDを飽和させた。境界に関してローカライズビームの強度プロファイルを検出した後、我々は自動露出オプションにCCDビームプロファイラを設定します。我々は、有効ビーム径を計算するために、強度分布の画像を用いる。周囲ノイズの影響を除去するために、我々はSMF630hp繊維の予想ビーム径を得ることを保証するために、画像処理手順を較正し。平均値の周りにビーム半径とそのバリエーションの平均測定値はヌメとよく一致ricalシミュレーションは、として文献11に示すように。ポリマー繊維で出力ビームのプロファイルは明らか文献に示すように、入射ビームの位置変化に追従。11,12,13。 このような局所的な光のビーム半径上の障害部位サイズと入射波長として設計パラメータの影響の包括的な研究は、文献に発表された。12,15は 。

<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

我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。開発されたポリマー光ファイバをランダムに混合し、250μmの側幅正方形の断面光ファイバに線引きされているポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリスチレン（PS）の80,000ストランドで構成されている。最初は、それぞれの鎖は、長径と8インチで200μmである。元の繊維ストランドの混合プロセスの間に、繊維が互いにクロスオーバーしたが、大きな延伸比は、屈折率プロファイルは、数十センチのためにファイバの長さに沿って不変であることを保証する。従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する小さな局所的なビーム半径で無秩序部位結果の間0.1の大きな屈折率差。入力された光は突合せ結合方式とNEAを使用して、標準のシングルモード光ファイバから起動さ不規則ファイバからのr-フィールド出力ビームは、40X対物レンズとCCDカメラを用いて撮像される。出力ビーム径は数値シミュレーションから予想される結果とよく一致している。この研究で示さ不規則光ファ​​イバは、2Dアンダーソン局在の最初のデバイスレベルの実装であり、​​潜在的に画像輸送および短距離光通信システムに使用することができる。

研磨されたファイバのSEM像を図1に示されている。ファイバ先端のほとんどの地域のために、磨く品質は良いですが、その図1に示すようにSEM像。エチルアルコール溶液、 図2に溶解させ、それらの端部を有する繊維試料のSEM画像は、グレー色の濃いとPS部位におけるPMMA部位を示している。 図2のSEM像は、繊維の24μmの幅を拡大して?...

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

我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。この微細構造光ファイバは、従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する半径の小さなローカライズビームを輸送することができる。

ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価

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 ビュー.  University of Wisconsin-Milwaukee. 我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。この微細構造光ファイバは、従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する半径の小さなローカライズビームを輸送することができる。

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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).

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

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 ...

工学

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.

光データパケットのための準光ストレージ

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.

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

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.

ナノ光学コンベヤーベルトの作製と運用

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.

マルチコアファイバーブラッググレーティングを書きます

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.

MEMS検査および特性評価のためのコンパクトなレンズレスデジタルホログラフィック顕微鏡

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.

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と<em&gt;その場で</em&gt;形態キャラクタリゼーション

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.

自由形式のライトアクチュエータ - 顕微鏡スケールでの作製と作動の制御

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.

超伝導共振器の作製と評価

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.

眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

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

Methods Article

ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価