Name: design and fabrication of an optical fiber made of water
Uploaded: 2018-11-08T12:30:00
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Diese Forschung wurde durch des israelischen Ministeriums für Wissenschaft, Technologie & Raum unterstützt; ICore: israelische Excellence Center "Circle of Light" Nr. 1802/12 zu gewähren, und durch die israelische Wissenschaftsstiftung gewähren Nr. 2013/15. Die Autoren danken für die hilfreiche Bearbeitung Karen Adie Tankus (KAT).

Achtung: Dieses Experiment beinhaltet die Hochspannung. Es obliegt dem Leser, mit den Sicherheitsbehörden zu überprüfen, ob ihr Experiment Vorschriften folgt vor dem Einschalten der Hochspannungs.
Hinweis: Jede Art von polaren Flüssigkeit kann genutzt werden, um flüssige Fasern, wie Ethanol, Methanol, Aceton oder Wasser zu produzieren. Die Polarität der Flüssigkeit bestimmt die Stabilität und den Durchmesser der erstellten Faser23,24...

<ol>
	<li>For Groundbreaking Achievements Concerning the Transmission of Light in Fibers for Optical Communication. The Nobel Prize in Physics Available from: <a target="_blank" href="https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/press.html">https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/press.html</a> (2009)</li><li>Temelkuran, B., Hart, S. D., Benoit, G., Joannopoulos, J. 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Abschließend möchte ich sagen, den großen Vorteil und die Einzigartigkeit dieser Technik schafft eine Faser die Gastgeber drei verschiedene Arten von Wellen: Kapillare, akustische und optische. Alle drei Wellen schwingen in verschiedenen Regimen, die Möglichkeit für Multi-Wave-Detektoren eröffnet. Luftgetragene Nanopartikeln beeinflussen beispielsweise die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Bereits in der aktuellen Phase ist es möglich, Änderungen der Oberflächenspannung durch Variationen in der Kapillare ...

Seit dem Durchbruch von Glasfasern in Kommunikation, ausgezeichnet mit einem Nobelpreis 20091wuchs eine Reihe von Glasfaser-basierten Anwendungen neben. Fasern sind heute eine Notwendigkeit in Laser-Operationen2sowie in kohärenter Röntgenstrahlung Generation3,4, geführte Ton5 und Supercontinuum6. Natürlich erweitert die Forschung über Glasfaser von der Verwendung von Feststoffen in Nutzung von Flüssigkeiten zur optischen Welle Führung, wo flüssigkeitsgefüllte Mikrokanäle und Laminar-Flow die Transport-Eigenschaften einer Flüssigkeit mit den Vorteilen der optischen kombinieren Verhör7,8,9. Diese Geräte jedoch Klemmen Sie die Flüssigkeit zwischen Feststoffen und daher verbieten es, seinen eigenen Wave-Charakter, bekannt als Kapillare Welle auszudrücken.
Kapillarwellen, ähnlich wie beim werfen einen Steins in einen Teich zu sehen sind eine wichtige Welle in der Natur. Jedoch wegen der Hindernisse eine Flüssigkeit ohne Dämpfung der Oberfläche durch Kanäle oder Feststoffe zu kontrollieren, werden sie kaum für die Erkennung oder Anwendung verwendet. Im Gegensatz dazu hat das Gerät präsentiert in diesem Protokoll keine festen Grenzen; Es ist umgeben von und mündet in Luft, ermöglicht daher Kapillarwellen zu entwickeln, zu verbreiten und Wechselwirkung mit Licht.
Um eine Wasser-Faser herzustellen, es ist notwendig, um ein Technik, bekannt als die schwimmende Water Bridge zurückzukehren erstmals 189310berichtet, wo zwei Becher gefüllt mit destilliertem Wasser und mit einer Hochspannungsquelle verbunden bilden eine fluidische, Wasser fadenförmige Verbindung zwischen den beiden11. Wasser-Brücken erreichen bis zu einer Länge von 3 cm12 oder so dünn wie 20 nm13. Für die physische Herkunft hat sich gezeigt, dass Oberflächenspannungen sowie dielektrische Kräfte, beide sind verantwortlich für die Durchführung der Brücke Gewicht14,15,16. Aktivieren Sie die Wasser-Brücke als eine Wasser-Faser, wir verbinden Licht mit ein adiabatisch konische Kieselsäure Faser17,18 und mit einem Silika Faser Objektiv19. Ein solches Gerät kann optische, akustische und Kapillare Wellen, so dass es vorteilhaft für Multi-Wave-Detektoren und Lab-on-Chip-20,21,22 Anwendungen hosten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1035">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">Deioniyzed Water&#160;</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td align="left" style="width:167px;">18MOhm resistance</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 850 micron</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Produstrial.com</td>
			<td align="left" style="width:119px;">#133260</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 150 micron</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Produstrial.com</td>
			<td align="left" style="width:119px;">#133258</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">High voltage, low current source, 3kV with 5 mA.</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Bertan</td>
			<td align="left" style="width:119px;">Model 215</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">High voltage, low current source,&#160; 8 kV with 0.25 mA.</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Home build</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Optical fiber</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Corning</td>
			<td align="left" style="width:119px;">HI 780 C</td>
			<td align="left">5 meter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Optical fiber</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Thorlabs</td>
			<td align="left" style="width:119px;">FTO 30</td>
			<td align="left">5 meter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Optical fiber</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Thorlabs</td>
			<td align="left" style="width:119px;">FTO 30</td>
			<td align="left">5 meter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">&#160;Fiber coupled laser</td>
			<td align="left" style="width:252px;">FIS</td>
			<td align="left" style="width:119px;">SMF 28E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:497px;">Photoreceiver</td>
			<td align="left" style="width:252px;">New Port/ New Focus</td>
			<td align="left" style="width:119px;">1801-FS</td>
			<td align="left">with fiber connection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Oscilloscope</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Agilent Technologies</td>
			<td align="left" style="width:119px;">DSO-X 3034A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">2 Degree of freedom tilt stagestage</td>
			<td align="left" style="width:252px;">New Port/ New Focus</td>
			<td align="left" style="width:119px;">M-562F-TILT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">3Degree of freedom linear micro translation stage&#160;&#160;</td>
			<td align="left" style="width:252px;">New Port/ New Focus</td>
			<td align="left" style="width:119px;">M-562F-XYZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">A set of magnets</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Objective 5X</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Mitutoyo&#160;</td>
			<td align="left" style="width:119px;">MY5X-802</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Objective 20 x</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Mitutoyo&#160;</td>
			<td align="left" style="width:119px;">MY20X-804</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Zoom</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Navitar</td>
			<td align="left" style="width:119px;">12x Zoom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:497px;">Microscope tube</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Navitar</td>
			<td align="left" style="width:119px;">1-6015 standard tube</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Isopropanol</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="left" style="width:119px;">67-63-0</td>
			<td align="left">Spec Grad</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">2 x Bare Fiber holder</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Thorlabs</td>
			<td align="left" style="width:119px;">T711-250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">2 x Translational Stage</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Thorlabs</td>
			<td align="left" style="width:119px;">DT12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Block of PMMA for fabricating the water reservoir and pipette holder</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td align="left" style="width:119px;"></td>
			<td align="left">150 x 60 x 10 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">PTFE-Tape</td>
			<td align="left" style="width:252px;">Gufero</td>
			<td align="right" style="width:119px;">240453</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:497px;">Fiber coupled, cw Laser Light Source</td>
			<td align="left" style="width:252px;">New Port/ New Focus</td>
			<td align="left" style="width:119px;">TLB-6712</td>
			<td align="left">765-781 nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and fabrication of an optical fiber made of water

In diesem Bericht erfolgt eine optische Faser von denen der Kern ausschließlich aus Wasser, während die Verkleidung Luft ist, entworfen und hergestellt. Im Gegensatz zu Solid-Verkleidung Geräte sind Kapillare Schwingungen nicht eingeschränkt, so dass die Faser Wände zu bewegen und vibrieren. Die Faser ist durch einen hohen Gleichstrom (DC) Spannung von mehreren tausend Volt (kV) zwischen zwei Stauseen, die einen schwimmenden Wasser-Thread, bekannt als Wasser Brücke schafft errichtet. Durch die Wahl von Mikropipetten ist es möglich, den maximalen Durchmesser und Länge der Faser zu steuern. LWL-Kupplungen an beiden Seiten der Brücke, aktivieren Sie es als ein Lichtwellenleiter, so dass Forscher, die Wasserwellen Faser Kapillare Körper durch Übertragung Modulation zu überwachen und daher Veränderungen der Oberflächenspannung abzuleiten.
Co begrenzend zwei wichtige Wellentypen, Kapillare und elektromagnetische, eröffnet einen neuen Weg der Forschung in die Wechselwirkungen zwischen Licht und Flüssigkeit-Wand Geräte. Wasser-von Mauern umgebene Abformverfahren sind eine Million mal weicher als ihre solide Pendants, entsprechend Verbesserung der Reaktion auf winzigen Kräfte.

Die Kupplung Effizienz aus einer Wasser-Faser zu einer hochgradig multimode-Faser kann bis zu 54 %25,26. Die Kupplung-Effizienz zu einer Singlemode-Faser ist bis zu 12 %25,26. Wasser-Fasern können so dünn wie 1,6 µm im Durchmesser und haben eine Länge von 46 µm (Abbildung 3)25,26k...

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Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Konstruktion und Fertigung einer optischen Faser aus Wasser gemacht

Dieses Protokoll beschreibt die Entwicklung und Herstellung von einer Wasser-Brücke und die Aktivierung als eine Wasser-Faser. Das Experiment zeigt, dass Kapillare Resonanzen der Wasser-Faser optische Übertragung modulieren.

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

Diese Methode beschreibt die Schaffung einer Wasserbrücke und deren Betätigung als Wasserfaser. Die Wasserfaser hat kein trübes Material und schwebt frei in der Luft. Die Bedeutung der Wasserfaser liegt darin, dass sie Kapillar- und elektromagnetische Wellen zusammenhält und damit einen neuen Spielplatz für die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Licht- und Flüssigkeitsbrunnengeräten eröffnet.Besorgen Sie sich zwei PMMA-Platten, um die Reservoirs herzustellen. Schneiden Sie jede Platte auf die gleiche Größe und Bohrhohlräume auf einer Seite von jeder in einem dreieckigen Muster. Die Hohlräume sollten sieben Millimeter im Durchmesser und acht Millimeter tief sein.Kleben Sie Steckermagnete in alle Hohlräume in jeder Platte. Wenn Sie fertig sind, drehen Sie die Platten um, damit sich die Magnete auf der Unterseite befinden. Erstellen Sie als Nächstes eine Pipettenklemme für jede Platte.Für eine Klemme ein Stück PMMA schneiden und zwei Magnete kleben, um die Magnete eines Reservoirs zu entsprechen. Machen Sie einen elektrischen Stecker für jede Platte, indem Sie Magnete in Metallfolie wickeln. Reinigen Sie alle Bereiche und Anschlüsse an jedem Reservoir gründlich mit Alkohol und entionisiertem Wasser.Die Oberflächen mit Stickstoff trocknen. Bedecken Sie die Wasserbehälter und alle Klemmen mit PTFE-Band, um Leckagen zu vermeiden. Montieren Sie nun ein Reservoir auf einer Mikropositionierstufe mit fünf Freiheitsgraden.Positionieren Sie die beiden Reservoirs für die Bildgebung unter einem optischen Mikroskop mit einem Fernfeldobjektiv. Hinter jedem Reservoir können Sie optische Faserklemmen auf linearen Übersetzungsstufen einrichten. Holen Sie sich Single-Mode-Faser für die Herstellung der konjüngenden Koppler.Darüber hinaus erhalten Sie die Mikropipette für das Experiment ausgewählt. Verwenden Sie einen Faser-Stripper, um 10 bis 15 Millimeter der nackten Faser freizulegen. Nach der Reinigung des abgestreiften Endes der Faser, fädeln Sie es durch die Mikropipette.Als nächstes nehmen Sie die Faser zu einer Verjüngungsstation. Das Fasersegment beidseitig mit sechs Hundertstel Millimetern pro Sekunde ziehen. Verwenden Sie beim Ziehen eine Wasserstoffflamme, um die Faser unter den Kriterien des Einzelmodus zu verjüngen.Schalten Sie die Flamme aus, dann vorsichtig erhöhen Sie die Spannung in der Faser, bis sie an ihrer dünnsten Stelle bricht. Die Neigung für den Einsatz als optische Kupplung sollte kleiner als eine über 20 sein. Wenden Sie sich nun der Herstellung des Faserlinsenkopplers zu.Dies erfordert 1. 550 Animeter Single-Mode-Faser mit einer exponierten Spitze zusammen mit einer zweiten Mikropipette für das Experiment ausgewählt. Passieren Sie die gereinigte Faserspitze durch die Mikropipette. Als nächstes nehmen Sie die Faser zu einem elektrischen Fusionsspleißer und legen Sie die freiliegende Spitze hinein.Die Spitze erhitzen, bis das Glasfaserende flüssig wird. Stoppen, nachdem das Glas flüssig wird und eine abgerundete Form bildet, die Glasfaserlinse. An dieser Stelle, montieren Sie die Elemente des Geräts.Beginnen Sie mit dem Reservoir auf der Positionierstufe. Positionieren Sie die Mikropipette mit der 1, 550 Animeter Faser, so dass sich ein Ende im Reservoirbereich befindet. Sichern Sie es mit der PMMA-Klemme.Stellen Sie sicher, dass sich die Glasfaserlinse unter dem Mikroskop befindet. Lassen Sie das andere Ende der Faser an einen Leistungsmesser koppeln und auf eine lineare Übersetzungsstufe klemmen. Auf dem anderen Reservoir, klemmen Sie die Mikropipette und konische Faser an Ort und Stelle mit dem konischen Ende unter dem Mikroskop.Sein anderes Ende sollte ebenfalls auf eine lineare Übersetzungsstufe geklemmt und an einen 780 Nanometer langlaufenden Wellenlaser gekoppelt werden. Füllen Sie nun die Reservoirs mit entionisiertem Wasser. Jedes Reservoir kann 100 bis 300 Mikroliter aufnehmen.Stellen Sie sicher, dass sich in beiden Mikropipetten keine Blasen befinden. Passen Sie den Mikropositionierer an, um einen fluidischen Kontakt zwischen den Mikropipetten herzustellen. Dieses Bild stellt ein Beispiel für flüssigen Kontakt bereit.Fahren Sie fort, sobald der Kontakt bestätigt wurde. Stellen Sie die Fasern und den Mikropositionierer weiter ein, um die Übertragung von Laserlicht zu erreichen. Dazu setzen Sie die Faserkoppler in die Wasserfaser ein.Das Ausrichten des Systems ist nicht so einfach, wie es scheint. Die Wasserfaser und die Kupplungen werden nicht zueinander angezogen. Um eine gute Übertragung zu erreichen, muss man die Kupplungen kräftig in die Wasserfaser schieben.Legen Sie bei elektrischen Anschlüssen die Magnetanschlüsse auf jedes Reservoir. Sie sollten magnetisch gesichert sein und ihre Folie sollte Krokodilklemmen an Ort und Stelle haben. Verwenden Sie elektrische Kabel, um die Klemmen an die Klemmen einer Hochspannungsquelle anzuschließen.Sobald alles fertig ist, erhöhen Sie langsam die Spannung. Passen Sie die Mikropositionierstufe an, um den Abstand zwischen den Mikropipetten langsam zu vergrößern. Nehmen Sie als Nächstes eine Leistungsmessung vor, um den Kopplungswirkungsgrad zu bestimmen, und trennen Sie dann den Leistungsmesser.Schließen Sie an seiner Stelle einen Fotoempfänger an den Ausgangsfaserkoppler an. Zeigen Sie die Ausgabe des Fotoempfängers auf einem Oszilloskop an. Zeichnen Sie Zeitspurmessungen des durchgesendeten Lichts auf, das die Kapillarwasserfaserschwingungen darstellt.Verwenden Sie das Mikroskop-Setup der Ansicht, um die Geometrie der Wasserfaser zu charakterisieren. Die mit dieser Methode hergestellten Fasern können bis zu einem Millimeter mit einem Durchmesser von etwa 40 Mikrometern betragen. Sie können auch etwa 50 Mikrometer lang sein und einen Durchmesser von etwa 1,5 Mikrometern haben.Diese Fluoreszenzfarbmessung bestätigt die Lichtdurchlässigkeit durch das Wasserfaservolumen. Eine weitere Messung zeigt die Oberflächenstreuung durch Kapillarwellen an der Wasserfaser-Flüssigkeitsphasengrenze. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf Multiwellendetektoren.Stromdetektoren nutzen eine Art von Welle. Die Wasserfaser beherbergt drei verschiedene Arten von Wellen, Kapillaren, Akustik und Optisch, die Energie austauschen und sich gegenseitig verhören können. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, genau auf die Herstellung der optischen Kupplungen zu achten.Auch das Ausführen des Experiments birgt die Gefahr, die verjüngten Faserkupplungen mechanisch oder durch einen elektrischen Bogen zu brechen oder zu beschädigen. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, weil ein hoher elektrischer Wasserwiderstand für dieses Experiment entscheidend ist. Schon geringe Mengen an Ionen in der Flüssigkeit führen zum Einsturz der Wasserbrücke.Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit hohen Spannungen und Hochleistungslaserlicht extrem gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen, wie z. B. die richtige elektrische Erdung und der Augenschutz, sollten immer während der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.

Research

JoVE Journal

Engineering

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