Name: design and fabrication of an optical fiber made of water
Uploaded: 2018-11-08T12:30:00
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Esta investigación fue apoyada por el Ministerio israelí de ciencia, tecnología y espacio; ICore: el centro de excelencia israelí 'Círculo de la luz' conceder Nº 1802/12 y por la Israel Science Foundation concesión Nº 2013/15. Los autores agradecen a Karen Adie Tankus (KAT) para la edición útiles.

Atención: Este experimento consiste en alta tensión. Es responsabilidad del lector para verificar con las autoridades de seguridad que su experimento sigue las regulaciones antes de encender el alto voltaje.
Nota: Cualquier tipo de líquido polar puede ser utilizado para producir las fibras líquidas, como etanol, metanol, acetona o agua. La polaridad del líquido determina la estabilidad y el diámetro de la fibra creada23,24. Para ...

<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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J., Genty, G., Coen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercontinuum+generation+in+photonic+crystal+fiber.">Supercontinuum generation in photonic crystal fiber.</a> Reviews of Modern Physics. 78, 1135-1184 (2006).</li><li>Wolfe, D. B., 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=Dynamic+control+of+liquid-core/Liquid-cladding+optical+waveguides.">Dynamic control of liquid-core/Liquid-cladding optical waveguides.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 12434-12438 (2004).</li><li>Whitesides, G. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-matched+excitation+of+whispering-gallery-mode+resonances+by+a+fiber+taper.">Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper.</a> Optics Letters. 22, 1129 (1997).</li><li>Spillane, S. M., Kippenberg, T. J., Painter, O. J., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ideality+in+a+Fiber-Taper-Coupled+Microresonator+System+for+Application+to+Cavity+Quantum+Electrodynamics.">Ideality in a Fiber-Taper-Coupled Microresonator System for Application to Cavity Quantum Electrodynamics.</a> Physical Review Letters. 91, 43902 (2003).</li><li>Cohen, L. G., Schneider, M. 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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>

Para concluir, la ventaja y la singularidad de esta técnica es crear una fibra que alberga tres tipos de ondas: capilar, acústica y óptica. Todas las tres ondas oscilan en diferentes regímenes, abriendo la posibilidad para detectores de ondas múltiples. Por ejemplo, nanopartículas aerotransportadas afectan la tensión superficial de líquidos. Ya en la etapa actual, es posible monitorear los cambios en la tensión superficial a través de variaciones en el eigenfrequency capilar. Además, dispositivos de paredes de...

Desde la ruptura de las fibras ópticas de comunicación, galardonado con un premio Nobel en 20091, una serie de aplicaciones basadas en fibra creció junto. Hoy en día, las fibras son una necesidad en las cirugías de láser2, así como en coherente generación de rayos x3,4, sonido guiado5 y supercontinuum6. Naturalmente, la investigación sobre fibra óptica ampliada de utilizar sólidos en líquidos para guía de onda óptica, donde microcanales llenos de líquido y flujo laminar combinan las propiedades de transporte de un líquido con las ventajas de los medios ópticos de explotar interrogatorio7,8,9. Sin embargo, estos dispositivos abrazadera líquido entre sólidos y por lo tanto, lo prohíben expresa su propio carácter de la onda, conocida como onda capilar.
Ondas capilares, similares a las observadas cuando se lanza una piedra en un estanque, son una onda importante de la naturaleza. Sin embargo, debido a los obstáculos de controlar un líquido sin humedecer la superficie a través de canales o sólidos, son apenas utilizados para detección o aplicación. Por el contrario, el dispositivo presentado en este Protocolo no tiene sólidas fronteras; está rodeado y las corrientes de aire, permitiendo, por tanto, ondas capilares desarrollar, propagarán e interactúan con la luz.
Para fabricar una fibra de agua, es necesario volver a una técnica conocida como el puente de agua flotante, primero divulgado en 189310, donde dos vasos llenados de agua destilación y conectado a una fuente de alto voltaje formará un, agua filiformes conexión entre ellos11. Puentes de agua pueden alcanzar hasta una longitud de 3 cm12 o ser 20 nm13. En cuanto al origen de la físico, se ha demostrado que las tensiones de superficie, así como fuerzas dieléctricas, están encargados peso14,15,16 del puente. Para activar el puente de agua como fibra agua, nosotros pareja de luz con una fibra de sílice cónicos adibático17,18 y hacia fuera con un sílice fibra lente19. Este dispositivo puede recibir ondas acústicas, capilares y ópticas, lo que es ventajoso para detectores de ondas múltiples y lab-on-chip20,21,22 aplicaciones.

<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

En este informe, una fibra óptica de que la base se hace exclusivamente de agua, mientras que el revestimiento es de aire, está diseñado y fabricado. En contraste con dispositivos de revestimiento sólido, oscilaciones capilares no están restringidas, permitiendo que las paredes de la fibra mover y vibrar. La fibra es construida por un voltaje de alta corriente directa (DC) de varios mil voltios (kV) entre dos depósitos de agua que crea un hilo de agua flotante, conocido como un puente de agua. A través de la opción de micropipetas, es posible controlar el diámetro máximo y longitud de la fibra. Acopladores de fibra óptica, en ambos lados del puente, activan como una guía de onda óptico, permitiendo a los investigadores a monitorear las ondas del agua fibra capilar cuerpo a través de la modulación de la transmisión y, por tanto, deducir cambios en la tensión superficial.
Co el confinamiento de dos tipos de onda importante, capilares y electromagnéticos, abre un nuevo camino de investigación en las interacciones entre la luz y líquido-pared dispositivos. Microdispositivos de paredes de agua son un millón de veces más suaves que sus contrapartes sólidas, mejorando por consiguiente la respuesta a las fuerzas de minuto.

La eficiencia de acoplamiento de una fibra de agua a una fibra multimodo altamente puede ser tan alta como el 54%25,26. La eficiencia de acoplamiento a una fibra monomodo es hasta 12%25,26. Fibras de agua pueden ser tan finas como 1,6 μm de diámetro y pueden tener una longitud de 46 μm (figura 3)25,<sup cl...

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Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Diseño y fabricación de una fibra óptica hecha de agua

Este protocolo describe el diseño y fabricación de un puente de agua y su activación como una fibra de agua. El experimento demuestra que resonancias capilares de la fibra de agua modulan su transmisión óptica.

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 ...

Este método describe la creación de un puente de agua y su accionamiento como una fibra de agua. La fibra de agua no tiene material turbio y flota libremente en el aire. La importancia de la fibra de agua es que co-confina ondas capilares y electromagnéticas y por lo tanto abre un nuevo patio de recreo para la investigación en las interacciones entre la luz y los dispositivos de pozo líquido.Obtener dos placas PMMA para hacer los depósitos. Corte cada placa del mismo tamaño y las cavidades de perforación en un lado de cada una en patrones triangulares. Las cavidades deben tener siete milímetros de diámetro y ocho milímetros de profundidad.Pegue los imanes del conector en todas las cavidades de cada placa. Cuando haya terminado, gire las placas para que los imanes estén en la parte inferior. A continuación, cree una abrazadera de pipeta para cada placa.Para una abrazadera, corte una pieza de PMMA y pegue dos imanes para que coincidan con los imanes de un depósito. Haga un conector eléctrico para cada placa envolviendo imanes en lámina metálica. Limpie a fondo todas las áreas y conectores de cada depósito con alcohol y agua desionizada.Seque las superficies con nitrógeno. Cubra los depósitos de agua y todas las abrazaderas con cinta de PTFE para evitar fugas. Ahora, monte un depósito en una etapa de microposicionamiento de cinco grados de libertad.Para la toma de imágenes, coloque los dos depósitos bajo un microscopio óptico con un objetivo de campo lejano. Detrás de cada depósito, configure abrazaderas de fibra óptica en etapas de traslación lineal. Obtenga fibra monomodo para fabricar el acoplador cónico.Además, elija la micropipeta para el experimento. Usa una destripadora de fibra para exponer de 10 a 15 milímetros de la fibra desnuda. Después de limpiar el extremo despojado de la fibra, enhebrarlo a través de la micropipeta.A continuación, lleve la fibra a una estación de reducción. Haga arreglos para tirar del segmento de fibra de ambos lados a seis centésimas de milímetro por segundo. Mientras tira, utilice una llama de hidrógeno para estrechar la fibra por debajo de los criterios de modo único.Apague la llama y, a continuación, aumente cuidadosamente la tensión en la fibra hasta que se rompa en su punto más delgado. La pendiente para su uso como acoplador óptico debe ser menor que uno sobre 20. Ahora, recurra a fabricar el acoplador de lente de fibra.Esto requiere 1.550 animeters de fibra de modo único con una punta expuesta junto con un segundo micropipeta elegido para el experimento. Pase la punta de fibra limpiada a través de la micropipeta. A continuación, lleve la fibra a un empalme de fusión eléctrica y coloque la punta expuesta dentro.Caliente la punta hasta que el extremo de la fibra de vidrio se vuelva líquido. Deténgase después de que el vidrio se vuelva líquido y forme una forma redondeada, la lente de fibra de vidrio. En este punto, montar los elementos del aparato.Comience con el depósito en la etapa de posicionamiento. Coloque la micropipeta con la fibra de animeter 1, 550 para que un extremo esté en la región del depósito. Asegúrelo con la abrazadera PMMA.Asegúrese de que la lente de fibra de vidrio está bajo el microscopio. Haga que el otro extremo de la fibra se acose a un medidor de potencia y se sujete a una etapa de traslación lineal. En el otro depósito, sujete la micropipeta y la fibra cónica en su lugar con el extremo cónico bajo el microscopio.Su otro extremo también debe sujetarse a una etapa de traslación lineal y acoplarse a un láser de onda continua de 780 nanómetros. Ahora, llene los embalses con agua desionizada. Cada depósito puede contener entre 100 y 300 microlitros.Asegúrese de que no haya burbujas en ninguna de las micropipetas. Ajuste el micro posicionador para establecer un contacto fluido entre las micropipetas. Esta imagen proporciona un ejemplo de contacto fluido.Continúe una vez confirmado el contacto. Ajuste aún más las fibras y el micro posicionador para lograr la transmisión de la luz láser. Para ello, inserte los acopladores de fibra en la fibra de agua.Alinear el sistema no es tan sencillo como parece. La fibra de agua y los acopladores no se sienten atraídos el uno al otro. Para lograr una buena transmisión, uno necesita empujar los acopladores con fuerza en la fibra de agua.Para conexiones eléctricas, coloque los conectores magnéticos en cada depósito. Deben estar asegurados magnéticamente y su lámina debe tener abrazaderas de cocodrilo en su lugar. Utilice cables eléctricos para conectar las abrazaderas a los terminales de una fuente de alta tensión.Una vez que todo esté listo, aumente lentamente el voltaje. Ajuste la etapa de posicionamiento micro para aumentar lentamente la distancia entre las micropipetas. A continuación, realice una medición de potencia para determinar la eficiencia del acoplamiento y, a continuación, desconecte el medidor de potencia.En su lugar, conecte un receptor de fotos al acoplador de fibra de salida. Visualice la salida del receptor de fotos en un osciloscopio. Registrar las mediciones de trazas de tiempo de la luz transmitida que representa las oscilaciones de la fibra de agua capilar.Utilice la configuración del microscopio de vista superior para caracterizar la geometría de la fibra de agua. Las fibras producidas con este método pueden ser tan largas como un milímetro con un diámetro de unos 40 micrómetros. También pueden tener unos 50 micrómetros de longitud con un diámetro de aproximadamente 1,5 micrómetros.Esta medida de tinte fluorescente confirma la transmisión de la luz a través del volumen de la fibra de agua. Otra medición demuestra la dispersión de la superficie debido a las ondas capilares en el límite de fase líquida de la fibra de agua. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia los detectores de ondas múltiples.Los detectores de corriente utilizan un tipo de onda. La fibra de agua alberga tres tipos diferentes de ondas, capilares, acústicas y ópticas, que pueden intercambiar energía e interrogarse entre sí. Al intentar este procedimiento, es importante recordar prestar mucha atención a la fabricación de los acopladores ópticos.Además, ejecutar el experimento implica el riesgo de romper o dañar los acopladores de fibra cónica, mecánicamente o a través de un arco eléctrico. Generalmente, los individuos nuevos en este método lucharán porque la alta resistividad del agua eléctrica es crucial para este experimento. Incluso pequeñas cantidades de iones en el líquido harán que el puente de agua se derrumbe.No olvide que trabajar con altos voltajes y luz láser de alta potencia puede ser extremadamente peligroso y las precauciones, como la puesta a tierra eléctrica adecuada y la protección ocular, siempre deben tomarse durante la realización de este procedimiento.

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