بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، جنبه هاي اصلی تارهاي نوري پلیمري ریزساختار شامل کاربردها، نحوه ي ساخت و پاسخ رامان آنها ارایه می شود. با استفاده از برج کشش مخصوص تارهاي پلیمري یک تار نوري پلیمري ریزساختار ساخته، و سپس مشخصه یابی می گردد. افت تار با استفاده از تکنیک پس- برش اندازه گیري می شود که این مقدار در مقایسه با تارهاي متعارف سیلیکا بسیار بیشتر است. از طریق یک چیدمان آزمایشی بدیع ، طیف استوکس پس پراکنده شده از تار پلیمري ساخته شده ، اندازه گیري و با طیف تار سیلیکاي نمایه پله اي مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده توافق بسیار خوبی را با نتایج مشابه بدست آمده از دیگر روشهاي تجربی نشان می دهد.
مقدمه
تارهاي بلور فوتونی یا تارهاي نوري ریز ساختار، تارهایی هستند که از حفره هاي هواي چندلایه در اطراف مغزي براي هدایت نور بهره می برند 1]و.[ 2 استفاده از حفره هاي هوا به این معنی است که تمام تار می تواند تنها از یک نوع ماده ساخته شود. بنابراین این فناوري را می توان از سیلیکا به هر ماده اي که بقدر کافی شفاف و قابلیت کشش داشته باشد به منظور دستیابی به گستره ي وسیعتري از خواص نوري و یا مکانیکی، توسعه داد.
اگرچه سابقه استفاده از پلیمر در تارهاي نوري به اوایل دهه ي 1950 برمی گردد[3] ، ولی ساخت اولین تار بلور فوتونی تک مد غیر سیلیکا از جنس پلیمر در سال 2001 گزارش شد.[4] این تار یک تار نوري پلیمري ریزساختار - mPOF1 - بود که از پلی متیل متا اکریلات - PMMA2 - ساخته شده بود، ماده اي معمول که براي ساخت تارهاي نوري پلیمري استفاده می شود.[5] گرایش به پلیمرها با توجه به تنوع مواد پلیمري و نیز روشهاي فراوري موجود، امکانات بالقوه ي قابل توجهی را فراهم می کند. همچنین دماي کم مورد نیاز براي ساخت این نوع تارها، امکان استفاده از آلاینده هاي آلی و غیر آلی را حین فرایند ساخت میسر میسازد، آلاینده هایی که در دماهاي بسیار بالاتر که براي ساخت تارهاي سیلیکا موردنیاز است، امکان بقاء پیدا نمی کنند .[6]
فرایند ساخت
روش کلی ساخت که براي mPOF استفاده می شود، یک فرایند دومرحله اي است .[7] در ابتدا یک پیش سازه ي اولیه از جنس PMMA که بصورت یک استوانه با قطر 6-5 cm با طول cm 10-8 است بصورت دلخواه بنابر نوع کاربرد مورد نظر سوراخکاري و الگوي مناسب در آن ایجاد می شود. این پیش سازه سپس در کوره ي برج کشش قرار داده می شود و به آرامی تا دمایی در حدود 300 درجه سانتیگراد گرم میشود. سپس دماي کوره تا 160 درجه سانتیگراد پایین آورده و اولین مرحله ي کشش انجام می شودکه منجر به یک نی با قطر 6 mm می گردد.
با قرار دادن این نی در دو لوله ي پلیمري تو در تو با قطر بزرگتر، پیش سازه ي ثانویه ساخته و براي کشش نهایی در کوره قرار داده می شود؛ این کار به تار نوري نهایی با قطر خارجی 125 μmمی انجامد. شکل 1 تصویر میکروسکپی از سطح مقطع mPOF تولید شده را نشان می دهد. این تار داراي حفره ها ي هوا با قطر 4/2 μm، شبکه مثلثی متشکل از سه حلقه حفره با گام 6/6 μm و
نسبت حفره به گام ./6 است.
پراکندگی رامان
در هر محیط ملکولی، پراکندگی خودبخودي رامان می تواند باعث انتقال کسرکوچکی - معمولا - 10 - 6 از توان یک موج اپتیکی به موج اپتیکی دیگر با فرکانسی کمتر از موج اولیه گردد. مقدار کاهش فرکانس توسط مدهاي ارتعاشی محیط تعیین می گردد. این پدیده در سال 1928 توسط رامان کشف شد و به اثر رامان معروف است .[8] با توجه به شرایط تجربی دو حالت را می توان متصور شد: الف - حالت هم منتشر شونده ، که در آن هر دو موج پمپ و استوکس در یک جهت منتشر می شوند. در این حالت که براي تارهاي کم افت مناسب است، پمپ از سمت - مثلا چپ - به تار وارد می شود ولیکن از سمت دیگر - راست - ، طیف استوکس توسط آشکارساز گرفته می شود. ب - حالت پاد منتشر شونده که براي تارهاي پر افت کاربرد دارد ، و در آن دو موج پمپ و استوکس در دو جهتمختلف منتشر می شوند. در اینجا طیف استوکس از همان سمتکه پمپ به داخل تار تزریق می شود آشکار سازي می گردد
اندازه گیریهاي تجربی
شکل 3 چیدمان تجربی استفاده شده براي اندازه گیري افت تار و نیز توان استوکس برگشتی از تار را نشان می دهد. یک لیزر آرگن با طول موج گسیلی 514 nm بعنوان لیزرعملپمپ - 1 - می کند. باریکه خروجی از این لیزر توسط دو آینه ي معمولی 2 - و - 3 به آینه ي دورنگنما - 4 - برخورد می کند. این آینه داراي این خاصیت است که در طول موج پمپ داراي انعکاس دهندگی بسیار زیاد و تراگسیل کم است. بدین معنی که تمام طول موجها بجز پمپ را از خود عبور می دهد.
نور پمپ بازتاب شده از این آینه، سپس از طریق یک عدسی شیئی - 5 - که روي یک پایه ي سه بعدي با قابلیت تنظیم میکرومتري سوار است، به داخل تار نوري تحت آزمایش فرستاده می شود. بر اثر پدیده ي رامان، کسري از توان پمپ در طول موج استوکس پس پراکنده می شود و پس از عبور از عدسی شیئی و آینه ي دورنگنما، توسط یک عدسی شیئی مشابه - 6 - به داخل تار انتقال دهنده ي توان، به آشکارساز - - 7 می رسد. افت جفت شدگی کل براي چیدمان فوق - با احتساب تمام قطعات اپتیکی - برابر با 11 dB اندازه گیري شد.
آشکار ساز استفاده شده در آزمایش به توجه به توانمی استوکس برگشتی تواند یک تحلیگر نوري طیفی - OSA - ، یا یک طیف سنج با حساسیت زیاد باشد. OSA هنگامی استفاده می شود که توان استوکس بالاتر از آستانه ي آشکار آن باشد، این مورد براي تار سیلیکا که داراي افت کم و در نتیجه طول مؤثر زیاد - حدود 300 متر - است، اتفاق می افتد. در غیر اینصورت بخصوص براي تار هاي پلیمري باید از طیف سنج استفاده کرد که در اینصورت اندازه گیري بر حسب تعدادتوانهاي ثبت است.
