Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fabbricare e caratterizzare una fibra ottica disordinata per la localizzazione trasversale di Anderson della luce. Ciò si ottiene mescolando prima i fili di polimetile, metacrilato e polistirene e creando una preforma per il processo di trafilatura. Il secondo passo consiste nell'visualizzare il profilo dell'indice di rifrazione della fibra disegnata.

Una volta che le fibre di PMMA sono state disciolte utilizzando la microscopia elettronica a scansione. Successivamente, i campioni di una fibra trafilata vengono tagliati e lucidati per la caratterizzazione ottica della localizzazione di Anderson. Il passaggio finale consiste nel testare i campioni nella configurazione ottica illuminando la fibra disordinata con luce laser al neon ad elio.

Infine, il profilo dell'intensità di uscita del raggio localizzato viene ripreso su un profilatore di fascio con telecamera CCD. Per mostrare la localizzazione trasversale di Anderson della luce, iniziare stendendo circa 200 filamenti di PMMA su un tavolo, e poi stendendo lo stesso numero di filamenti di polistirene sopra il PMMA. Mescola i fili insieme e poi mettili da parte.

Ripetere questa procedura fino a quando 40.000 fili di PMMA vengono mescolati casualmente con 40.000 fili di polistirene. Quindi assemblare i fili mescolati casualmente in una preforma quadrata con lati di circa 2,5 pollici. Successivamente, fai disegnare la preforma in una fibra ottica con un diametro di 250 micron da un'azienda specializzata in questo tipo di procedura.

Ciò rappresenta una riduzione di circa 64.000 volte dell'area della sezione trasversale delle fibre originali. Quindi immergere la fibra ottica polimerica in azoto liquido per circa 10 minuti, in modo da poter realizzare una frattura pulita. L'azoto liquido raffredda rapidamente la fibra e la rende molto fragile quando le fibre si raffreddano.

Prepara un bagno di alcol etilico e scaldalo a 65 gradi Celsius. Dopo 10 minuti, rimuovere le fibre dall'azoto liquido e spezzarle rapidamente a metà. Rompere almeno 20 fibre per l'imaging poiché il tasso di successo per ottenere una superficie liscia è ancora solo del 15% circaUtilizzando questo metodo, immergere le punte rotte dei campioni in alcol etilico al 70% per circa tre minuti.

Durante questo periodo, l'alcol etilico dissolve i siti di PMMA nella fibra lasciando dietro di sé solo le fibre di polistirene. Quindi, posizionare le fibre su un portacampioni e rivestire ogni campione con uno strato di oro e palladio spesso 10 nanometri. Quindi posizionare i campioni rivestiti nella camera del microscopio elettronico a scansione per l'immagine di imaging, il profilo dell'indice di rifrazione dei campioni utilizzando un fascio di elettronvolt da cinque kilo a un ingrandimento che consente la migliore risoluzione delle fibre di 0,9 micron di diametro.

Preparare campioni di fibre lunghe circa 25 centimetri per la caratterizzazione ottica preriscaldando le fibre a 37 gradi Celsius e una lama curva utilizzata per tagliare le fibre a 65 gradi Celsius. Queste temperature impediscono la deformazione della punta della fibra che può verificarsi durante il processo di scissione. Successivamente, una linea di fibra su una superficie di taglio in modo che sia possibile eseguire un taglio perpendicolare pulito attraverso la punta.

Quindi posizionare la lama sul lato della fibra e arrotolare rapidamente la lama su di essa. Tenere sempre la lama del rasoio ad angolo retto rispetto alla fibra. Ispezionare la punta della fibra utilizzando un microscopio ottico per assicurarsi che la punta della fibra sia tagliata perpendicolarmente ai lati della fibra.

Ciò consente un migliore accoppiamento in una fase successiva della procedura. Quindi, lucida ogni fibra una alla volta afferrandole a 1,5 millimetri di distanza da un'estremità e disegnando la fibra a un pollice di lunghezza. Figura otto percorsi sagomati su carta lucidante all'ossido di alluminio da 0,3 micron.

Fai circa otto anelli per assicurarti che l'intera punta venga lucidata. Quindi coppia di laser al neon ad elio che emettono una lunghezza d'onda di luce di 633 nanometri su una fibra SMF 630 HP di quattro micron di diametro. Per realizzare questo primo posto, un obiettivo 20x su un palco con tre gradi di libertà.

Metti in posizione anche due specchi piatti con due gradi di libertà. Inizialmente posizionare la fibra SMF a otto millimetri di distanza dalla punta dell'obiettivo, quindi riposizionare gli specchi e l'obiettivo per dirigere la luce laser verso la punta della fibra. Una volta allineato, collegare l'altro lato della fibra SMF a un misuratore di potenza.

Continuare a regolare la posizione degli specchi e dell'obiettivo fino a raggiungere una potenza accoppiata di un milliwatt. Un milliwatt è una potenza sufficiente per le misure di caratterizzazione delle fibre. Accoppia poi la fibra SMF 630 HP con la fibra ottica polimerica.

Utilizzando un palco motorizzato, lo stadio motorizzato dovrebbe essere in grado di essere spostato in tutte e tre le direzioni cartesiane. Per prima cosa, centrare le due fibre insieme utilizzando il controllo trasversale. Quindi utilizzare lo spostamento longitudinale per spostare la fibra SMF il più vicino possibile alla fibra polimerica.

Un traferro più piccolo tra la fibra SMF e la fibra polimerica ridurrà l'espansione del raggio. A seguire, l'intero allestimento su un secondo stadio motorizzato che si muove in senso longitudinale. Il secondo stadio motorizzato verrà utilizzato per allineare il fascio con la telecamera CCD.

Quindi osservare la posizione delle fibre utilizzando un microscopio ottico e uno specchio ad angolo retto. Una piccola inclinazione o deformazione nella punta della fibra polimerica a causa dei processi di scissione o lucidatura, può limitare il minimo spazio d'aria tra l'SMF e la fibra polimerica. Successivamente, utilizzare un profilatore di fascio con telecamera CCD per misurare l'uscita della fibra utilizzando un obiettivo 40x.

Innanzitutto, saturare la telecamera CCD per monitorare i confini della fibra polimerica utilizzando le manopole sul supporto dell'obiettivo. Assicurarsi che i confini delle fibre polimeriche possano essere osservati sul CCD. Quindi utilizzare il tavolino motorizzato per mettere a fuoco l'immagine sulla telecamera CCD allontanando la configurazione o verso l'obiettivo 40x mentre il CCD e l'obiettivo sono fissi.

Infine, spazzare trasversalmente il raggio incidente che esce dall'SMF attraverso la punta della fibra polimerica per osservare la localizzazione in diverse regioni della fibra polimerica. Misurare l'intensità del raggio di uscita per diverse posizioni del raggio incidente con le luci spente. Raccogli i dati in cinque diverse posizioni del fascio incidente ed esegui le misurazioni per 20 campioni di fibre per un totale di 100 misurazioni diverse.

Vengono quindi calcolate la media di 100 diverse misurazioni dei profili del fascio per mostrare la localizzazione trasversale di Anderson della fibra. Qui è mostrato il prodotto finale di una punta in fibra polimerica lucidata. L'immagine al microscopio elettronico della punta della fibra polimerica mostra che la maggior parte delle regioni finisce per essere ben lucidata seguendo questo protocollo.

Quando le fibre di polimetilmetacrilato vengono disciolte e l'etanolo rimangono solo le fibre di polistirene. Questo è ciò che è noto come profilo dell'indice di rifrazione, che mostra facilmente la disposizione delle fibre di polistirene e polimetilmetacrilato. Un esempio di profilo di intensità misurato dalla telecamera CCD è mostrato qui dopo cinque centimetri di propagazione.

Il rosso indica il profilo localizzato e il giallo è la coda dell'intensità. Questa immagine è di una fibra localizzata nella direzione trasversale della fibra disordinata.