Diseño y fabricación de una fibra óptica hecha de agua
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Deioniyzed Water | 18MOhm resistance | ||
| Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 850 micron | Produstrial.com | #133260 | |
| Micropipettes, Borosilicate Glass, round, inner diameter 150 micron | Produstrial.com | #133258 | |
| High voltage, low current source, 3kV with 5 mA. | Bertan | Model 215 | |
| High voltage, low current source, 8 kV with 0.25 mA. | Home build | ||
| Optical fiber | Corning | HI 780 C | 5 meter |
| Optical fiber | Thorlabs | FTO 30 | 5 meter |
| Optical fiber | Thorlabs | FTO 30 | 5 meter |
| Fiber coupled laser | FIS | SMF 28E | |
| Photoreceiver | New Port/ New Focus | 1801-FS | with fiber connection |
| Oscilloscope | Agilent Technologies | DSO-X 3034A | |
| 2 Degree of freedom tilt stagestage | New Port/ New Focus | M-562F-TILT | |
| 3Degree of freedom linear micro translation stage | New Port/ New Focus | M-562F-XYZ | |
| A set of magnets | |||
| Objective 5X | Mitutoyo | MY5X-802 | |
| Objective 20 x | Mitutoyo | MY20X-804 | |
| Zoom | Navitar | 12x Zoom | |
| Microscope tube | Navitar | 1-6015 standard tube | |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 67-63-0 | Spec Grad |
| 2 x Bare Fiber holder | Thorlabs | T711-250 | |
| 2 x Translational Stage | Thorlabs | DT12 | |
| Block of PMMA for fabricating the water reservoir and pipette holder | 150 x 60 x 10 mm | ||
| PTFE-Tape | Gufero | 240453 | |
| Fiber coupled, cw Laser Light Source | New Port/ New Focus | TLB-6712 | 765-781 nm |
References
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