Esta pesquisa é apoiada pelo número 1029547 concessão da National Science Foundation. Os autores gostariam de agradecer DJ Welker da Paradigm Optics Inc. para fornecer os segmentos de fibra iniciais eo redesenho da fibra óptica final. Os autores também reconhecem Steven Hardcastle e Heather A. Owen para SEM imagem.

1. Fabricação de um desordenado Polymer Optical Fiber <ol><li> Espalhe cerca de 200 das fitas de PMMA sobre uma mesa e espalhar o mesmo número de fios de PS no topo do PMMA. Misturar e embalar os fios. Repita este procedimento até 40 mil fios de PMMA são misturados de forma aleatória com 40.000 fios de PS. </li><li> Montar os fios misturados de forma aleatória para um pré-molde quadrado com uma largura lateral de cerca de 2,5 polegadas. </li><li> Desenhar a pré-forma de uma fibra óptica, com um diâmetro de 250 um. A pré-forma é desenhada em Paradigm Optics Incorporated usando seu procedimento padrão 16. </li></ol> 2. Imagem do Índice de Perfil de refração da fibra desordenado <ol><li> Use uma SEM como Topcon ABT a imagem do perfil de índice de refração da fibra óptica resultante. </li><li> Mergulhe as amostras de polímero de fibra óptica em nitrogênio líquido por cerca de 10 min e, em seguida, quebrar ao meio. </li><li> Mergulhe as pontas quebradas das amostras em álcool etílico. KePE a temperatura da solução a cerca de 65 ° C. Deixar as amostras na solução durante cerca de 3 minutos, até que o álcool etílico dissolve os locais em PMMA da fibra. </li><li> Revestimento com uma camada de 10 nm de espessura de Au / Pd e colocar a amostra na câmara do SEM cada amostra. </li></ol> 3. Preparar as amostras de fibra óptica para Caracterização <ol><li> Prepare 5 centímetros amostras de fibras longas. </li><li> Aquecer uma lâmina curva para 65 ° C, e a fibra a 37 ° C. Usando as temperaturas adequadas impede a deformação da ponta da fibra, que pode ocorrer no processo de clivagem. </li><li> Alinhar a ponta da fibra sobre uma superfície de corte, de modo que um ambiente limpo, corte perpendicular pode ser feita. Colocar a lâmina do lado da fibra, e, em seguida, rapidamente rolar transversalmente. </li><li> Inspecione a ponta da fibra usando um microscópio óptico para certificar-se da ponta da fibra é clivada perpendicular para os lados da fibra. Mantenha a lâmina de barbear em um ângulo direito no processo de clivagem para evitar a inclinação do the ponta. </li><li> Use um papel de polimento, como Thorlabs LFG03P Aluminum Paper Polishing Oxide (0,3 mm) para polir as amostras de fibra. Para polir a extremidade da fibra, mantê-lo em um par de pinças, com uma pinça segurando a fibra de cerca de 1,5 mm de distância do rosto ser polido. Desenhe a fibra sobre o papel no longa-inch figura-8 em forma de caminhos, aproximadamente oito vezes. Caminhos Figura-8 em forma de garantir que toda a dica é polido. </li></ol> 4. Medir o Boca Perfil do Feixe propagadas nas amostras de fibras <ol><li> Casal do laser He-Ne em uma fibra SMF630hp usando uma objetiva de 20X e dois espelhos planos. Coloque os espelhos planos em etapas, com dois graus de liberdade. Coloque o objetivo em um palco com três graus de liberdade. Inicialmente manter a fibra SMF uma distância de 8 mm da ponta da objectiva. Utilizando os botões nos suportes de espelho e o detentor objectivo, iluminar a luz laser para a ponta da fibra. Ligue o outro lado do SMF para um medidor de energia. Pares de energia para o SMF usando os botões nos suportes de espelho, bem como os botões transversais no suporte objectivo. A eficiência de acoplamento pode ser significativamente aumentada pelo uso o botão de posicionamento longitudinal sobre o detentor objectivo. A potência acoplado de 1 mW é suficiente para as medições. </li><li> Casal da fibra SMF630hp à fibra óptica polímero usando Thorlabs MAX343 palco motorizado. A fase motorizada pode ser movido em três direcções cartesianas. Utilizando os graus de liberdades transversais, o par de fibras SMF para o centro da ponta de fibra de polímero. Usando o deslocamento longitudinal da fase, colocar a fibra SMF tão perto quanto possível da fibra de polímero. Um pequeno espaço de ar entre a fibra de polímero de SMF e reduz a expansão da viga. Coloque toda a configuração de uma segunda fase motorizado que se move na direcção longitudinal. A segunda fase motorizada é usado para geração de imagens, como será descrito em 4.4. </li><li> Usando um m ópticaicroscope e um espelho em ângulo recto, monitorizar a posição da fibra de polímero de SMF e a certeza de que o SMF está acoplada no centro da fibra de polímero, e que o espaço de ar entre as duas fibras é tão pequena quanto possível. Uma pequena inclinação na ponta da fibra de polímero ou deformações na ponta da fibra de polímero devido a clivagem de polimento ou processos podem limitar a folga mínima entre SMF e fibra de polímero. Um pequeno espaço entre as fibras é necessário porque a fibra SMF deve ser capaz de mover-se em torno da ponta da fibra de polímero. Colocar o SMF no centro da fibra de polímero exclusivamente para fazer o processo de acoplamento mais fácil. Durante a experiência, juntam-se transversalmente o feixe incidente que sai do SMF entre a ponta da fibra de polímero de observar a localização em regiões diferentes da fibra de polímero. </li><li> Usar uma câmara CCD viga de perfil para medir a saída da fibra utilizando uma objectiva de 40X. Primeiro, saturar a câmara CCD para monitorizar os limites da fibra de polímero.Utilizando os botões no suporte objectivo, certifique-se de que os limites de fibras de polímeros podem ser observados no CCD. </li><li> Usar uma platina motorizada que se move toda a configuração (descrito em 4.2) no sentido longitudinal, se a imagem no CCD é focada ao mover a instalação para longe ou para o objectivo de 40X, enquanto o CCD e objectivos são fixados. Como uma métrica de focagem, um perfil digitalizado no CCD deve ter o tamanho mínimo para a focagem. A imagem focada do feixe não deve ser sinuosa visualmente. </li><li> Mova o feixe incidente na ponta de entrada e medir a intensidade do feixe de saída para diferentes posições feixe incidente. Coletar dados para 5 posições diferentes do feixe incidente. Realizar as medições para 20 amostras de fibra e coletar um total de 100 medidas diferentes. </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>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

No processo de sorteio de fibras, o perfil do índice de refracção não permanece estável durante mais do que um metro, tanto por causa dos cross-overs de cordões de fibra originais e também por causa das variações do diâmetro da fibra no processo de sorteio. Esperamos que um processo de sorteio mais estável vai ajudar a fabricar uma fibra óptica que é invariante sobre o comprimento das fibras mais longas em comparação com o relatado aqui. Na preparação de uma amostra para a i...

Em um trabalho teórico por PW Anderson 1, demonstrou-se que, na presença de um distúrbio no sistema electrónico de quantum, pára o processo de difusão e estados electrónicos localizada desenvolver. Localização de Anderson é um fenómeno de onda que também pode ocorrer por ondas clássicas tais como a luz. Uma vez que a previsão teórica de localização de Anderson em óptica 2,3, tem havido muitos esforços para realizar esse fenômeno experimentalmente com ondas eletromagnéticas 4,5. No entanto, tem sido muito difícil de alcançar um forte localização porque as secções transversais de espalhamento ópticos são muitas vezes demasiado pequena, devido ao baixo índice de refracção contrário da maioria dos materiais ópticos. Em 1989, De Raedt et ai. 6 mostraram que é possível observar a localização Anderson em um sistema óptico desordenada quase bidimensional com baixo índice de refracção contrastes. Eles mostraram que a desordem se está confinada ao plano transversal de uma escoraagating onda num meio longitudinalmente invariável, o feixe pode ficar confinada a uma pequena região na direcção transversal, devido a uma forte dispersão transversal. Transverse Anderson localização foi observada pela primeira vez em guias de onda bidimensionais que foram criadas usando os padrões de interferência em um cristal foto-refrativo 7. Sílica fundida é outro meio que foi utilizado para a observação da localização transversal Anderson 8,9, guias de onda, onde desordenadas são escritos usando pulsos femtosecond ao longo da amostra. A diferença de índice de refracção de sítios desordenados nos sistemas acima mencionados são da ordem de 10 -4, de modo que o raio de localização é muito grande. Além disso, os guias de ondas típicas não são geralmente mais do que alguns centímetros e, portanto, eles podem não ser práticas para aplicações de onda guiada. Ressalta-se que a observação de transversal Anderson localização em um guia de ondas desordenado unidimensional foi relatado anteriormente no Ref 10. A fibra óptica desenvolvida aqui tem várias vantagens em relação às realizações anteriores de localização transversal Anderson para aplicações de onda guiada 11,12. Em primeiro lugar, a grande diferença de refracção de 0,1 entre os sítios desordem dos resultados de fibra em um pequeno feixe localizada comparável com o raio do feixe de fibras ópticas regulares. Em segundo lugar, o polímero desordenada da fibra óptica pode ser feito muito mais tempo do que os guias de ondas desordenadas escritas externamente em cristais fotorrefrativos ou sílica fundida. Pudemos observar transversal localização de Anderson em uma de 60 cm de comprimento de fibra 11. Em terceiro lugar, o polímero desordenado de fibra óptica é flexível, tornando-o prático para aplicações em nível de dispositivo do mundo real que dependem do transporte de ondas de luz em fibras 13. Para a fabricação da fibra óptica desordenada, 40.000 fios de PMMA e 40.000 fios de PS foram aleatoriamente mista, onde cada stre era de 8 polegadas de comprimento e 250 um de diâmetro. Os cordões misturados aleatoriamente, foram reunidos em um pré-molde de secção quadrada com um lado de largura de cerca de 2,5 polegadas. A pré-forma foi então desenhada para uma fibra óptica de quadrado com uma largura lateral de cerca de 250 mM (Figura 1). A fim de misturar aleatoriamente os cordões de fibra originais, que se espalhar uma camada de fios de fibra de PMMA sobre uma grande mesa, adicionou-se uma camada de fios de fibra de PS, e em seguida misturou-aleatoriamente em conjunto. O procedimento foi repetido muitas vezes até uma boa mistura aleatória foi obtida. Foi utilizado um microscópio eletrônico de varredura (MEV) para a imagem do perfil de índice de refração da fibra óptica polímero desordenado. Técnicas de clivagem regulares, tais como a utilização de uma lâmina afiada aquecida não pode ser utilizado para preparar as amostras de fibras para a imagem SEM da extremidade da fibra para traçar o seu perfil de índice de refracção, a lâmina de dano, porque a morfologia da extremidade da fibra. Polir a fibra tem um impacto prejudicial sobre semelhante the qualidade da extremidade da fibra. A fim de preparar amostras de alta qualidade para a imagem de SEM, que cada fibra submerso em nitrogênio líquido por alguns minutos e, em seguida, quebrou a fibra, se feitos em amostras de fibras suficientes, este método resulta em algumas boas peças de fibra (em torno de 15% de sucesso rate) com alta qualidade e suave superfícies finais para a imagem SEM. Utilizou-se uma solução a 70% de álcool etílico a 60 ° C durante cerca de 3 minutos para dissolver os sítios de PMMA na extremidade da fibra, maior tempo de exposição pode desintegrar-se toda a extremidade da fibra. Em seguida, as amostras revestidas com Au / Pd e os colocou na câmara de SEM. O zumbido em imagem SEM da fibra óptica polímero desordenada é mostrado na Figura 2. Os sites de cinza claro são PS e os locais escuros são PMMA. A largura total da imagem é de 24 mM, onde os tamanhos menores características nesta imagem são ~ 0,9 mM, correspondentes aos tamanhos de locais individuais dos cordões de fibra, após o processo de sorteio. A fim de characterize as propriedades de guia de onda da fibra óptica desordenado, utilizou-se um laser de He-Ne 633 nm no comprimento de onda. O laser He-Ne é acoplado a um único modo SMF630hp fibra óptica com um diâmetro de cerca de 4 um, o qual é então acoplado a extremidade-a fibra óptica polímero desordenada usando uma fase de alta precisão motorizado campo de modo. A saída é, então, trabalhada em uma câmera CCD profiler feixe usando uma objetiva de 40X. No primeiro conjunto de experiências, nós escolhemos 20 amostras diferentes de fibra desordenados, cada 5 cm de comprimento, o comprimento de 5 cm foi escolhido para coincidir com o comprimento de propagação nos simulações numéricas. As simulações numéricas da fibra desordenada são geralmente muito demorado, mesmo em um cluster de computação de alto desempenho com 1100 elementos. O pleno localização Anderson transversal para o comprimento de onda de 633 nm só acontece depois de cerca de 2,5 cm de propagação 11,12, por isso, decidimos que o comprimento de 5 cm é suficiente para os nossos propósitos. Devido à stocnatureza hastic da localização Anderson, precisamos repetir ambos os experimentos e as simulações para 100 realizações, a fim de recolher estatísticas suficientes para comparar os valores experimentais e numéricos do diâmetro do feixe. Na prática, 100 medições diferentes são obtidos tomando cinco medições separadas espacialmente em cada uma das 20 amostras diferentes de fibras desordenadas. É relativamente difícil preparar as fibras ópticas para medições de polímero desordenados, em comparação com fibras ópticas de vidro. Por exemplo, não se pode utilizar a clivagem avançados e ferramentas de polimento e técnicas que são bem desenvolvidas para a fibra à base de sílica padrão. Um procedimento aperfeiçoado para clivar e polimento fibras ópticas poliméricas tem sido relatada por Abdi et al, 14,. Usamos os seus métodos com algumas modificações menores para preparar os nossos amostras de fibras. A fim de clivar um polímero desordenada de fibra óptica, uma curva de X-Acto lâmina é aquecida a 65 °: C, e a fibra a 37 ° C. A ponta da fibra é alinhada com uma superfície de corte de modo a que, de um corte perpendicular limpa pode ser feita. A lâmina é colocada no lado da fibra, e rapidamente enrolado transversalmente. Todo o processo de clivagem deve ser feito tão rápido quanto possível para assegurar que as temperaturas da lâmina e de fibras não mudam consideravelmente. Após a clivagem da fibra e inspeccionar lo sob um microscópio óptico, a extremidade da fibra é polida utilizando folhas que dobram fibra standard (0,3 mM Thorlabs LFG03P de óxido de alumínio de papel de lustro) para assegurar que quaisquer imperfeições menores são removidos. Para polir a extremidade da fibra, que é realizada com um par de pinças com uma pinça, segurando a fibra de aproximadamente 1,5 mm da face de extremidade ser polido. A fibra é desenhada sobre o papel no longa-inch figura-8 em forma de caminhos, aproximadamente oito vezes. Polir os resultados de fibra em bordas mais suaves como inspecionados sob o microscópio óptico. Além disso, facilita o acoplamento de polimento adequado a um locazado no local da fibra, que por sua vez reduz a atenuação tanto no acoplamento e também à distância inicial antes do ponto de propagação localizada é formada. Usamos uma câmera CCD feixe profiler para a imagem da intensidade do feixe de saída. O perfil de intensidade de campo próximo foi capturado usando uma objetiva de 40X. A fim de encontrar os limites da fibra, que o CCD saturado, aumentando a potência da luz recebida a partir da fibra SMF630hp. Após detectar o perfil de intensidade do feixe localizada com respeito às fronteiras, definimos o CCD viga de perfil para a opção de auto-exposição. Utilizou-se a imagem do perfil de intensidade para o cálculo do raio do feixe eficaz. A fim de eliminar o efeito do ruído ambiente, que calibrado nosso procedimento de processamento de imagem para garantir que obtemos o diâmetro esperado do feixe de fibras SMF630hp. O valor médio medido do raio do feixe e suas variações ao redor do valor médio estão bem de acordo com o numesimulações Rical, como mostrado na Ref. 11. O perfil do feixe de saída, em fibra de polímero resulta claramente uma mudança na posição do feixe incidente, como mostrado na Refs. 11,12,13. Um estudo detalhado do impacto dos parâmetros de projeto, tais como o tamanho do site transtorno eo comprimento de onda incidente sobre o raio do feixe do feixe localizada foi apresentado em Refs. 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

Nós desenvolver e caracterizar uma fibra ótica de polímero desordenado que usa transversal localização Anderson como um novo mecanismo guia de onda. A fibra óptica de polímero desenvolvido é composto de 80.000 filamentos de poli (metacrilato de metilo) (PMMA) e poliestireno (PS), que são misturadas aleatoriamente e desenhada dentro de uma secção transversal da fibra óptica quadrado com uma largura de 250 um de lado. Inicialmente, cada fio é de 200 m de diâmetro e 8 cm de comprimento. Durante o processo de mistura dos cordões de fibra originais, as fibras atravessam uns sobre os outros, no entanto, uma grande proporção de estiramento, que garante o perfil do índice de refracção é invariável ao longo do comprimento da fibra para várias dezenas de centímetros. A grande diferença de índice de refracção de 0,1 entre os sítios desordenados resulta num feixe de raio pequeno localizada que é comparável com o raio do feixe de fibras ópticas convencionais. A luz de entrada é lançado a partir de uma fibra óptica monomodo padrão usando o método butt-acoplamento ea near-campo do feixe de fibras de saída é desordenado fotografada usando uma objectiva de 40x e uma câmara CCD. O diâmetro do feixe de saída está de acordo com os resultados esperados a partir das simulações numéricas. A fibra óptica desordenada apresentada neste trabalho é a primeira implementação no nível do dispositivo de 2D Anderson localização e, potencialmente, pode ser usado para sistemas de comunicação óptica de curta distância de transporte e imagem.

A imagem SEM da fibra polido é mostrado na Figura 1. A imagem de SEM da Figura 1 mostra que, para a maioria das regiões da ponta da fibra, a qualidade polonês é bom. A imagem de SEM das amostras de fibra com as suas extremidades dissolvidos em solução de álcool etílico, a Figura 2, mostra os locais de PMMA em sítios escuros e PS em cores cinzentas. A imagem de SEM na Figura 2 é ampliado em uma largura de 24 mM da fibra. Para a imagem MEV, as a...

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

Nós desenvolver e caracterizar uma fibra ótica de polímero desordenado que usa transversal localização Anderson como um novo mecanismo guia de onda. Esta fibra microestruturada pode transportar uma viga pequena localizada com um raio que é comparável com o raio do feixe de fibras ópticas convencionais.

Fabricação e caracterização de polímeros desordenados fibras ópticas para Transverse Anderson localização da Luz

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 visualizações.  University of Wisconsin-Milwaukee. Nós desenvolver e caracterizar uma fibra ótica de polímero desordenado que usa transversal localização Anderson como um novo mecanismo guia de onda. Esta fibra microestruturada pode transportar uma viga pequena localizada com um raio que é comparável com o raio do feixe de fibras ópticas convencionais.

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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).

Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e cavidades

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 ...

Engenharia

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.

Armazenamento Quasi-luz para os pacotes de dados ópticos

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.

Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

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.

Fabricação e operação de uma Correia Transportadora Nano-óptica

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.

Escrevendo redes de Bragg em fibras Multicore

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 Lens-less Digital Holographic Microscope de Inspeção MEMS e Caracterização

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.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caracterização

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.

Atuadores de luz de forma livre - Fabricação e Controle de atuação em escala microscópica

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.

Fabricação e caracterização de supercondutores 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.

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

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