Name: design and fabrication of an optical fiber made of water
Uploaded: 2018-11-08T12:30:00
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Questa ricerca è stata sostenuta dal Ministero israeliano di scienza, tecnologia e spazio; ICore: il centro di eccellenza israeliano 'Circle of Light' concedere n. 1802/12 e dal israeliano Science Foundation concedere n. 2013/15. Gli autori ringraziano Karen Adie Tankus (KAT) per l'editing utile.

Attenzione: Questo esperimento coinvolge ad alta tensione. È compito del lettore per verificare con le autorità di sicurezza che il loro esperimento segue regolamenti prima di accendere l'alta tensione.
Nota: Qualsiasi tipo di liquido polare può essere utilizzata per produrre fibre liquide, quali etanolo, metanolo, acetone o acqua. La polarità del liquido determina la stabilità e il diametro della fibra creato23,24. Per risultati ...

<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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F., Ramek, M., Woisetschl&#228;ger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methanol,+Ethanol+and+Propanol+in+EHD+liquid+bridging.">Methanol, Ethanol and Propanol in EHD liquid bridging.</a> Journal of Physics: Conference Series. 329, 12003 (2011).</li><li>Douvidzon, M. L., Maayani, S., Martin, L. L., Carmon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+and+Capillary+Waves+Propagation+in+Water+Fibers.">Light and Capillary Waves Propagation in Water Fibers.</a> Science Reports. 7, 16633 (2017).</li><li>. Water Fibers Available from: <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1609.03362">https://arxiv.org/abs/1609.03362</a> (2016)</li></ol>

Per concludere, il grande vantaggio e l'unicità di questa tecnica è la creazione di una fibra che ospita tre diversi tipi di onde: capillare, acustico e ottico. Tutte le tre onde oscillano in regimi diversi, aprendo la possibilità per i rivelatori di multi-wave. Ad esempio, le nanoparticelle airborne influenzano la tensione superficiale dei liquidi. Già allo stato attuale, è possibile monitorare i cambiamenti nella tensione della superficie attraverso variazioni della frequenza propria capillare. Inoltre, i disposit...

Poiché la svolta delle fibre ottiche nella comunicazione, premiato con un premio Nobel nel 20091, una serie di applicazioni basate su fibra è cresciuto a fianco. Al giorno d'oggi, le fibre sono una necessità in laser chirurgia2, così come in coerente raggi x generazione3,4, guidato-sound5 e supercontinuum6. Naturalmente, la ricerca sulla fibra ottica estesa dall'utilizzazione di solidi in liquidi per la guida d'onda ottica, dove microcanali ripiena di liquido e flusso laminare si combinano le proprietà di trasporto di un liquido con i vantaggi di ottica di sfruttamento interrogatorio7,8,9. Tuttavia, questi dispositivi morsetto il liquido fra i solidi e, pertanto, lo proibisco di esprimere il proprio carattere di onda, conosciuto come onda capillare.
Onde capillari, simili a quelli osservati quando gettare un sasso in uno stagno, sono un'onda importante in natura. Tuttavia, a causa degli ostacoli di controllare un liquido senza smorzamento sua superficie attraverso canali o solidi, difficilmente vengono utilizzati per il rilevamento o applicazione. Al contrario, il dispositivo ha presentato in questo protocollo non ha solidi confini; è circondato da e flussi di aria, permettendo, quindi, onde capillari sviluppare, propagano e interagiscono con la luce.
Per fabbricare una fibra di acqua, è necessario tornare a una tecnica conosciuta come il ponte galleggiante di acqua, in primo luogo segnalato in 189310, dove due bicchieri pieni di acqua distillata e collegato ad una sorgente di alta tensione si formerà un fluidico, acqua filiformi connessione tra loro11. Ponticelli dell'acqua possono raggiungere fino a una lunghezza di 3 cm12 o essere sottile come 20 nm13. Per quanto riguarda l'origine fisica, risulta che le tensioni di superficie, come pure le forze dielettriche, sono entrambi responsabili per la realizzazione peso14,15,16 del ponte. Per attivare il ponte di acqua come una fibra di acqua, abbiamo coppia luce con un silice adiabaticamente conici fibra17,18 e fuori con una silice fibre lente19. Tale dispositivo può ospitare onde acustiche, capillare e ottiche, rendendolo vantaggioso per rivelatori di multi- onde e lab-on-chip20,21,22 applicazioni.

<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 questo rapporto, una fibra ottica di cui il nucleo è fatto esclusivamente di acqua, mentre il rivestimento è aria, è stato progettato e fabbricato. In contrasto con dispositivi solido-rivestimento, capillare oscillazioni non sono limitate, permettendo le pareti di fibra per muoversi e vibrare. La fibra è costruita da una tensione alta corrente continua (DC) di alcune centinaia di volt (kV) tra due serbatoi di acqua che crea un thread di acqua galleggiante, conosciuto come un ponte di acqua. Attraverso la scelta delle micropipette, è possibile controllare il diametro massimo e la lunghezza della fibra. Accoppiatori di fibra ottica, su entrambi i lati del ponte, attivano come una guida d'onda ottica, consentendo ai ricercatori di monitorare le onde di corpo capillare acqua fibra attraverso la modulazione della trasmissione e, pertanto, dedurre cambiamenti nella tensione superficiale.
Co-confinare due tipi di onde importanti, capillari ed elettromagnetici, apre un nuovo percorso di ricerca nelle interazioni tra luce e dispositivi di liquido-parete. Microdispositivi con pareti d'acqua sono un milione di volte più morbide rispetto alle loro controparti solidi, migliorando di conseguenza la risposta alle forze minute.

L'efficienza di accoppiamento da una fibra di acqua ad una fibra altamente multimoda può essere alto come 54%25,26. L'efficienza di accoppiamento per una fibra single-mode è fino a 12%25,26. Fibre di acqua possono essere sottili come 1,6 µm di diametro e possono avere una lunghezza di 46 µm (Figura 3)25,<...

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Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Progettazione e fabbricazione di una fibra ottica fatta di acqua

Questo protocollo descrive la progettazione e la realizzazione di un ponte di acqua e la sua attivazione come una fibra di acqua. L'esperimento dimostra che risonanze capillare della fibra acqua modulano la trasmissione ottica.

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 ...

Questo metodo descrive la creazione di un ponte d'acqua e la sua azionamento come una fibra d'acqua. La fibra d'acqua non ha materiale torbido e galleggia liberamente nell'aria. Il significato della fibra d'acqua è che co-confina le onde capillari ed elettromagnetiche e quindi apre un nuovo parco giochi per la ricerca nelle interazioni tra dispositivi di pozzi leggeri e liquidi.Ottenere due piastre PMMA per realizzare i serbatoi. Tagliare ogni piastra alla stessa dimensione e praticare cavità su un lato di ciascuna in modelli triangolari. Le cavità dovrebbero avere un diametro di sette millimetri e otto millimetri di profondità.Collare i magneti del connettore in tutte le cavità di ogni piastra. Al termine, capovolti le piastre in modo che i magneti siano sul fondo. Creare quindi un morsetto pipetta per ogni piastra.Per un morsetto, tagliare un pezzo di PMMA e incollare due magneti per abbinare i magneti di un serbatoio. Creare un connettore elettrico per ogni piastra avvolgendo i magneti in un foglio metallico. Pulire accuratamente tutte le aree e i connettori su ogni serbatoio con alcool e acqua deionizzata.Asciugare le superfici con azoto. Coprire i serbatoi d'acqua e tutti i morsetti con nastro PTFE per evitare perdite. Ora, monta un serbatoio su un micro-posizionamento a cinque gradi di libertà.Per l'imaging, posizionare i due serbatoi al microscopio ottico con un obiettivo di campo lontano. Dietro ogni serbatoio, impostare morsetti in fibra ottica su fasi di traslazione lineare. Ottieni fibra monolodale per fabbricare l'accoppiatore affusolato.Inoltre, ottenere la micropipetta scelta per l'esperimento. Utilizzare una spogliarellista in fibra per esporre da 10 a 15 millimetri della fibra nuda. Dopo aver pulito l'estremità spogliata della fibra, infilarla attraverso la micropipetta.Quindi, porta la fibra in una stazione di tapering. Disporre per estrarre il segmento di fibra da entrambi i lati a sei centesimi di millimetro al secondo. Durante la trazione, utilizzare una fiamma a idrogeno per assotticcare la fibra al di sotto dei criteri a modalità singola.Spegnere la fiamma, quindi aumentare attentamente la tensione nella fibra fino a rompersi nel punto più sottile. La pendenza per l'uso come accoppiatore ottico dovrebbe essere inferiore a uno su 20. Ora, passare alla fabbricazione dell'accoppiatore di lenti in fibra.Ciò richiede 1.550 animetri fibra mono modalità con punta esposta insieme a una seconda micropipetta scelta per l'esperimento. Passare la punta della fibra pulita attraverso la micropipetta. Quindi, portare la fibra in uno splicer di fusione elettrica e posizionare la punta esposta all'interno.Riscaldare la punta fino a quando l'estremità della fibra di vetro diventa liquida. Fermati dopo che il vetro diventa liquido e forma una forma arrotondata, la lente in fibra di vetro. A questo punto, assemblare gli elementi dell'apparato.Inizia con il serbatoio nella fase di posizionamento. Posizionare la micropipetta con la fibra da 1.550 animeter in modo che un'estremità si trova nella regione del serbatoio. Fissarlo con il morsetto PMMA.Assicurarsi che l'obiettivo in fibra di vetro sia al microscopio. Avere l'altra estremità della fibra accoppiata a un misuratore di potenza e bloccata a uno stadio di traslazione lineare. Sull'altro serbatoio, bloccare la micropipetta e la fibra affusolata in posizione con l'estremità affusolata al microscopio.Anche l'altra estremità dovrebbe essere bloccata in uno stadio di traslazione lineare e accoppiata a un laser ad onda continua da 780 nanometri. Ora, riempi i serbatoi di acqua deionizzata. Ogni serbatoio può contenere da 100 a 300 microlitri.Assicurarsi che non vi siano bolle in nessuna delle micropipette. Regolare il micro posizionatore per stabilire un contatto fluido tra le micropipette. Questa immagine fornisce un esempio di contatto fluidico.Continuare una volta confermato il contatto. Regolare ulteriormente le fibre e il micro posizionatore per ottenere la trasmissione della luce laser. Fallo inserendo gli accoppiatori di fibre nella fibra d'acqua.Allineare il sistema non è così semplice come sembra. La fibra d'acqua e gli accoppiatori non sono attratti l'uno dall'altro. Per ottenere una buona trasmissione, è necessario spingere gli accoppiatori con forza nella fibra d'acqua.Per i collegamenti elettrici, posizionare i connettori magnetici su ogni serbatoio. Dovrebbero essere fissati magneticamente e il loro foglio dovrebbe avere morsetti di coccodrillo in posizione. Utilizzare cavi elettrici per collegare i morsetti ai terminali di una sorgente ad alta tensione.Una volta che tutto è pronto, aumenta lentamente la tensione. Regolare lo stadio di micro posizionamento per aumentare lentamente la distanza tra le micropipette. Quindi, prendere una misurazione della potenza per determinare l'efficienza di accoppiamento, quindi scollegare il misuratore di potenza.Al suo posto, collegare un ricevitore fotografico all'accoppiatore in fibra di uscita. Visualizzare l'output del ricevitore fotografico su un oscilloscopio. Misurazioni record della traccia di tempo della luce trasmessa che rappresenta le oscillazioni capillari della fibra d'acqua.Utilizzare la configurazione del microscopio a vista superiore per caratterizzare la geometria della fibra d'acqua. Le fibre prodotte con questo metodo possono essere lunghe fino a un millimetro con un diametro di circa 40 micrometri. Possono anche avere una lunghezza di circa 50 micrometri con un diametro di circa 1,5 micrometri.Questa misurazione fluorescente del colorante conferma la trasmissione della luce attraverso il volume della fibra d'acqua. Un'altra misurazione dimostra lo scattering superficiale dovuto alle onde capillari al limite della fase liquida della fibra d'acqua. Le implicazioni di questa tecnica si estendono verso rivelatori multi onda.I rivelatori di corrente utilizzano un tipo di onda. La fibra d'acqua ospita tre diversi tipi di onde, capillari, acustiche e ottiche, che possono scambiare energia e interrogarsi a vicenda. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di prestare molta attenzione alla fabbricazione degli accoppiatori ottici.Inoltre, l'esecuzione dell'esperimento comporta il rischio di rompere o danneggiare gli accoppiatori di fibre affusolata, meccanicamente o attraverso un arco elettrico. Generalmente, gli individui nuovi a questo metodo avranno difficoltà perché l'alta resistività dell'acqua elettrica è cruciale per questo esperimento. Anche piccole quantità di ioni nel liquido causeranno il collasso del ponte d'acqua.Non dimenticare che lavorare con alte tensioni e luce laser ad alta potenza può essere estremamente pericoloso e le precauzioni, come una corretta messa a terra elettrica e protezione degli occhi, dovrebbero sempre essere prese durante l'esecuzione di questa procedura.

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