Name: design and fabrication of an optical fiber made of water
Uploaded: 2018-11-08T12:30:00
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이 연구는 과학, 기술 및 공간;의 이스라엘 정부에 의해 지원 되었다 ICore: 이스라엘 우수 센터 ' 빛의 원형 ' 1802/12를 부여 하 고 이스라엘 과학 재단 부여 2013/15. 저자 카 렌 Adie Tankus (KAT) 감사 도움이 편집.

주의:이 실험은 높은 전압을 작업이 포함 됩니다. 그것은 그들의 실험에 높은 전압을 켜기 전에 규정 다음과 같이 안전 당국 확인 리더의 책임입니다.
참고: 극 지 액체의 어떤 종류는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 또는 물과 같은 액체 섬유를 생산 하기 위해 활용할 수 있습니다. 액체의 극성 안정성과 만든된 섬유23,24의 직경을 지시 한?...

<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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C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Armstrong+experiment+revisited.">The Armstrong experiment revisited.</a> The European Physics Journal Special Topics. 223, 959-977 (2013).</li><li>Sirghi, L., Szoszkiewicz, R., Riedo, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+of+a+nanoscale+water+bridge.">Volume of a nanoscale water bridge.</a> Langmuir. 22, 1093-1098 (2006).</li><li>Woisetschl&#228;ger, J., Gatterer, K., Fuchs, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+in+a+floating+water+bridge.">Experiments in a floating water bridge.</a> Experiments in Fluids. 48, 121-131 (2009).</li><li>Widom, A., Swain, J., Silverberg, J., Sivasubramanian, S., Srivastava, Y. 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K., Zhu, J., Kim, W., Yang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+single+viruses+and+nanoparticles+using+whispering+gallery+microlasers.">Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers.</a> Nature Nanotechnology. 6, 428-432 (2011).</li><li>Woisetschl&#228;ger, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Horizontal+bridges+in+polar+dielectric+liquids.">Horizontal bridges in polar dielectric liquids.</a> Experiments in Fluids. 52, 193-205 (2011).</li><li>Fuchs, E. C., Wexler, A. D., Agostinho, L. L. 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>

결론, 주요 장점과이 기술의 고유성 만드는 파도의 3 개의 다른 종류 있는 섬유: 모 세관, 음향, 및 광학. 모든 3 개의 파도 다른 정권에서 다 파 탐지기에 대 한 가능성을 열어 흔들 리 다. 예를 들어, 공 수 나노 입자는 액체의 표면 장력에 영향을. 이미 현재 단계에서 모 세관 eigenfrequency에서 변화를 통해 표면 장력의 변화를 모니터링이 가능 하다. 또한, 물-벽 장치는 백만 번 따라 센서의 감성 향상 ...

20091, 노벨상이 수 여 하는 통신에서 광섬유의 획기적인 이후 섬유 기반 응용 프로그램의 시리즈와 함께 성장 했다. 요즘, 섬유 레이저 수술2, 뿐만 아니라 일관 된 x 선 세대3,4, 가이드 소리5 및 supercontinuum6필요성이 있습니다. 당연히, 섬유 광학에 대 한 연구 어디 액체 가득 microchannels 및 층 류 결합 한 액체의 수송 속성 광학의 장점을 광 파 지도, 유체를 악용으로 솔리드를 활용 하 여에서 확장 심문7,,89. 그러나,이 소자 클램프 액체 고체 사이 고, 따라서, 모 세관 파로 알려진, 그것의 자신의 파 문자를 표현 하는 그것을 금지 하는 것.
모 세관 파 때, 연못에 돌을 던지고 그와 비슷한 자연에서 중요 한 파도가 있습니다. 그러나, 채널 또는 고체 표면 감쇄 없이 액체를 제어의 장애물 때문에 그들은 거의 탐지 또는 응용 프로그램에 대 한 활용 됩니다. 반면,이 프로토콜에 표시 하는 장치는 단단한 경계; 로 둘러싸여 고 흐름 수 있도록, 따라서 개발, 모 세관 파 공기 전파, 빛 상호 작용.
조작 물 섬유, 그것은 부동 물 다리 라고 하는 기술을 다시 갈 필요가 189310에서 처음 보고, 가득 두 비 커에 증류수 하 고 높은 전압 소스에 연결 됩니다 형성 유체, 물 스레드-처럼 그들 사이 연결11. 물 교량 3 cm12 의 길이까지 도달 하거나 20 nm13얇은 수 있습니다. 물리적 기원에 관해서는 그것은 보였다 유 전체 세력으로 표면 긴장 둘 다 들고 다리의 무게14,,1516에 대 한 책임. 활성화 물 섬유로 물 다리, 우리 부부는 adiabatically 테이퍼 실리 카 섬유17,18 로 빛 하 고 밖으로 실리 카 섬유 렌즈19. 이러한 장치는 음향, 모 세관, 및 광학 멀티 파 탐지기와 랩 온 칩20,,2122 응용 프로그램에 대 한 유리한 만드는 파도 호스팅할 수 있습니다.

<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

이 보고서에는 광섬유 코어가 이루어집니다 물의 전적으로 피복은 공기, 설계 및 제조 하는 동안. 단단한 피복 장치와 모 세관 진동 제한, 이동 하 고 진동 섬유 벽을 허용 되지 않습니다. 섬유는 몇 천 볼트 (kV)의 높은 직류 (DC) 전압 두 물이 저수지 물 다리 라고 떠 있는 물 스레드를 만드는 사이 구성 됩니다. Micropipettes의 선택을 통해 최대 지름과 섬유의 길이 제어 가능 하다. 다리의 양쪽에서 광섬유 커플러는 광학도 파 관, 연구원 전송 변조를 통해 물 섬유 모 세관 몸 파도 모니터링 하 고, 따라서 표면 장력의 변화를 추론으로 그것을 활성화 합니다.
공동 수감 두 가지 중요 한 파 유형, 모 세관 및 전자기, 빛과 액체 벽 장치 간의 상호 작용에 연구의 새로운 경로 엽니다. 물 벽 렌 백만 번 따라 분 세력에 대 한 응답을 향상 시키는 고체 들 보다 부드럽고 있다.

높은 다중 상태 섬유에는 물 섬유에서 커플링 효율은 5425,26으로 높을 수 있다. 단일 모드 광섬유 커플링 효율 1225,26입니다. 물 섬유 직경에서 1.6 µ m로 얇은 수 46 µ m (그림 3)25,26의 길이 가질 수 또는 그들은 41 µ m (<stro...

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Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

물으로 만든 광섬유의 설계 및 제조

이 프로토콜 설계 및 제조 물 다리와 물 광으로 정품 인증에 설명합니다. 실험 물 섬유의 모 세관 공명 광학 전송 조절 하는 방법을 보여 줍니다.

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 ...

이 방법은 물 교량의 생성과 물 섬유로서의 작동을 설명합니다. 물 섬유에는 흐린 물질이 없으며 자유롭게 공기에 떠 있습니다. 물 섬유의 중요성은 모세관과 전자파를 공동 경계하고 따라서 빛과 액체 우물 장치 사이의 상호 작용에 대한 연구를위한 새로운 놀이터를 여는 것입니다.두 개의 PMMA 플레이트를 얻어 저수지를 만듭니다. 각 플레이트를 동일한 크기로 자르고 각 플레이트의 한쪽에 구멍을 삼각형 패턴으로 드릴링합니다. 구멍은 직경 7밀리미터, 깊이 8밀리미터여야 합니다.각 플레이트의 모든 구멍에 커넥터 자석을 붙입니다. 완료되면 자석이 바닥에 있도록 플레이트를 뒤집습니다. 다음으로 각 플레이트에 대한 파이펫 클램프를 만듭니다.클램프의 경우, PMMA 조각을 자르고 두 개의 자석을 접착제로 고정하여 저수지의 자석에 일치시니다. 금속 호일에 자석을 싸서 각 플레이트에 전기 커넥터를 만듭니다. 각 저수지의 모든 지역과 커넥터를 알코올과 탈온수로 철저히 청소하십시오.질소로 표면을 건조 시부합니다. 누출을 방지하기 위해 물 저장소와 모든 클램프를 PTFE 테이프로 덮습니다. 이제 5도 자유 마이크로 포지셔닝 단계에 하나의 저수지를 장착합니다.이미징의 경우 두 저장소를 먼 필드 목표를 가진 광학 현미경 으로 배치합니다. 각 저수지 뒤에선형 번역 단계에 광섬유 클램프를 설치합니다. 테이퍼 커플러를 제작하기 위한 단일 모드 섬유를 가져옵니다.또한 실험에 대해 선택된 마이크로피펫을 가져옵니다. 섬유 스트리퍼를 사용하여 맨섬유의 10~15밀리미터를 노출합니다. 섬유의 벗겨진 끝을 청소한 후 마이크로 파이프를 통해 나사로 연결합니다.다음으로 섬유를 테이버 스테이션으로 가져 가라. 초당 밀리미터의 600분의 양면에서 섬유 세그먼트를 당기기 위해 준비합니다. 당기는 동안 수소 불꽃을 사용하여 단일 모드 기준 아래에서 섬유를 테이퍼합니다.불꽃을 끄고 섬유의 장력을 조심스럽게 늘린 후 가장 얇은 지점에서 파손됩니다. 광학 커플러로 사용할 경사는 20이상이어야 합니다. 이제 섬유 렌즈 커플러를 제작하십시오.이를 위해서는 1, 550개의 애니메이션 단단 모드 섬유가 필요하며, 실험에 선택된 두 번째 마이크로파이펫과 함께 노출된 팁이 있습니다. 마이크로 피펫을 통해 청소 된 섬유 팁을 전달합니다. 다음으로, 섬유를 전기 융합 접합기로 가져 가서 노출된 팁을 내부에 놓습니다.유리 섬유 끝이 액체가 될 때까지 팁을 가열합니다. 유리가 액체가 된 후 멈추고 둥근 모양, 유리 섬유 렌즈를 형성합니다. 이 시점에서 장치의 요소를 조립합니다.위치 지정 단계의 저장소로 시작합니다. 마이크로피펫을 1, 550 개의 애니메이션계 섬유로 배치하여 한쪽 끝이 저수지 영역에 있도록합니다. PMMA 클램프로 고정하십시오.유리 섬유 렌즈가 현미경 아래에 있는지 확인합니다. 섬유의 다른 쪽 끝을 파워 미터에 결합하고 선형 번역 단계로 고정하십시오. 다른 저수지에서는 현미경 아래 테이퍼 엔드로 마이크로 피펫과 테이퍼 섬유를 제자리에 고정시하십시오.다른 쪽 끝은 선형 번역 단계로 고정되고 780 나노미터 연속 파레이저에 결합되어야 합니다. 이제 저수지를 탈온화된 물로 채웁니다. 각 저수지는 100~300마이크로리터를 수용할 수 있습니다.마이크로파이프 중 하나에 거품이 없는지 확인합니다. 마이크로 포지셔터를 조정하여 마이크로피펫 사이의 유체 접촉을 설정합니다. 이 이미지는 유체 접촉의 예를 제공합니다.연락이 확인되면 계속하십시오. 또한 레이저 빛의 전달을 달성하기 위해 섬유와 마이크로 포지셔너를 조정합니다. 섬유 커플러를 물 섬유에 삽입하여 이 작업을 수행하십시오.시스템을 정렬하는 것은 보이는 것만큼 간단하지 않습니다. 물 섬유와 커플은 서로 끌리지 않습니다. 좋은 전송을 달성하기 위해, 하나는 물 섬유에 강제로 커플러를 밀어해야합니다.전기 연결의 경우 각 저장소에 마그네틱 커넥터를 배치합니다. 그들은 자기로 고정되어야하며 호일은 악어 클램프가 있어야합니다. 전기 케이블을 사용하여 클램프를 고전압 소스의 단자에 연결합니다.모든 것이 준비되면 천천히 전압을 증가시다. 마이크로 포지셔닝 스테이지를 조정하여 마이크로피펫 사이의 거리를 천천히 늘립니다. 그런 다음 전원 측정을 통해 커플링 효율을 결정한 다음 전원 미터를 분리합니다.그 자리에, 출력 섬유 커플러에 사진 수신기를 연결합니다. 오실로스코프에 사진 수신기의 출력을 표시합니다. 모세관 수섬유 진동을 나타내는 전송된 빛의 시간 추적 측정을 기록합니다.상단 뷰 현미경 설정을 사용하여 물 섬유의 형상을 특성화합니다. 이 방법으로 생산된 섬유는 직경이 약 40마이크로미터인 1밀리미터만큼 길수 있습니다. 또한 직경 약 1.5 마이크로미터의 길이약 50 마이크로미터가 될 수 있습니다.이 형광염료 측정은 물 섬유 부피를 통한 광 전달을 확인합니다. 또 다른 측정은 수섬유 액체 상 경계에서 모세관 파로 인해 표면 산란을 보여줍니다. 이 기술의 의미는 다중 파 검출기로 확장됩니다.현재 검출기는 한 종류의 파를 활용합니다. 물 섬유는 에너지를 교환하고 서로 심문 할 수있는 세 가지 종류의 파도, 모세관, 음향 및 광학을 호스팅합니다. 이 절차를 시도하는 동안, 광학 커플러의 제조에 주의를 기울이는 것이 중요합니다.또한 실험을 실행하려면 기계적으로 또는 전기 아치를 통해 테이퍼 된 섬유 커플러를 파괴하거나 손상시킬 위험이 있습니다. 일반적으로, 이 방법에 새로운 개인은 높은 전기 물 저항이 이 실험에 중요 하기 때문에 투쟁 할 것 이다. 액체에 소량의 이온조차도 물 다리가 붕괴됩니다.고전압 및 고출력 레이저 라이트로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 적절한 전기 접지 및 눈 보호와 같은 예방 조치는 항상 이 절차를 수행하는 동안 취해야 합니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

섬유 그리기 방법을 사용하여 제조 Metamaterials

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

연구

공학

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

Plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성

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

빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성

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

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Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

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다광자 현미경을 위한 저비용 맞춤형 제작 및 모드 잠금 작동 의 모든 정상 분산 펨토초 섬유 레이저

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Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method

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Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this ...