Penipisan Kimiawi Serat Optik Polimer Berbasis PMMA

Sensor dan Aktuator 76 (1999) 365-371

www.elsevier.nl/locate/sna

Peruncingan kimiawi dari serat optik polimer

D.F. Merchant

^{(a,) ())}

, P.J. Scully

^a

, N.F. Schmitt

^b

aSchool of Engineering, LiÕerpool John Moores University, OFSRG, Ruang 518, Byrom Street, LiÕerpool L3 3AF, Inggris

bHewlett-Packard FCO, White House Road, Ipswich IP5 1PB, Inggris Diterima 13 November 1998

Abstrak

Kami memperkenalkan metode baru untuk menghilangkan lapisan serat optik polimer (POF) berbasis PMMA secara kimiawi menggunakan pelarut organik yang juga dapat digunakan untuk membuat lancip terukir dengan profil apa pun dalam panjang POF atau pada ujung serat. Prosesnya sederhana, murah, rendah bahaya kimia dan keterampilan operator serta memiliki aplikasi untuk meningkatkan kinerja berbagai perangkat POF dan memungkinkan konversi perangkat silika ke polimer. Kami memberikan rincian proses etsa yang terlibat dan sifat optik perangkat yang dihasilkan. Kami percaya bahwa ini adalah aplikasi pertama dari proses kimiawi untuk meruncingkan inti POF dan menyarankan kemungkinan aplikasi teknik ini di masa depan. q 1999 Elsevier Science S.A. Hak cipta dilindungi undang- undang.

Kata kunci: Serat optik polimer; PMMA; Sitop; Tapering; Aseton; MIBK

1.

Pendahuluan

Membuat taper pada serat optik kaca silika adalah proses yang terkenal baik untuk aplikasi penginderaan dan komunikasi [1]. Taper adalah pengurangan diameter yang terlokalisasi. Mereka dapat memiliki profil apa pun dari perubahan linier dan bertahap hingga langkah tiba-tiba, dengan titik diameter terkecil disebut sebagai pinggang (Gbr. 1). Mereka menawarkan sifat optik unik yang dapat diaplikasikan pada sistem pengiriman (seperti produksi skrup atau pencocokan jenis serat) dan sensor. Perubahan diameter dapat mendistribusikan ulang mode di dalam inti atau menghapus mode yang dipilih. Kedalaman penetrasi bidang evanescent dan proporsi daya dalam bidang ini meningkat pada bagian yang meruncing.

Perubahan diameter itu sendiri dapat digunakan untuk mengaitkan serat dari berbagai jenis atau menghubungkan serat ke perangkat.

Metode untuk membuat lancip pada serat optik kaca ini sudah mapan meskipun hanya dapat diterapkan pada kaca. Serat optik polimer (POF) menjadi banyak digunakan di area tersebut dan akan ada peningkatan signifikan pada perangkat POF jika teknik tapering dapat diterapkan padanya. Selain itu, perangkat lancip silika yang ada dapat dikonversi ke POF untuk penghematan biaya atau alasan operasional.

*Penulis korespondensi. Tel: +44-151-231-2379; Faks: +44-151-298- 2624; E- mail: d.f.merchant@livjm.ac.uk

Kami telah mengembangkan metode etsa taper pada step-in-dex POF yang menawarkan prospek ini.

2.

Teknik tapering yang ada untuk serat optik kaca

Tapering telah diterapkan pada serat silika selama bertahun-tahun dan telah menjadi praktik umum dalam skala komersial untuk memproduksi skrup, sensor, dan perangkat terintegrasi.

Peruncingan serat silika sebagian besar bergantung pada dua metode dasar: gambar api dan etsa asam.

2.1.

Gambar api

Dalam metode yang paling umum, bagian dari serat dipanaskan dalam api gas bersih atau sumber laser [2] dekat dengan suhu transisi gelas kemudian ditarik menggunakan tahap terjemahan mikrometer sebelum didinginkan untuk menciptakan daerah meruncing yang halus [3,4]. Ini adalah proses yang relatif sederhana untuk diotomatisasi, namun, polimer yang digunakan dalam POF tidak cocok untuk teknik ini, karena keuletannya yang rendah dan kecenderungan untuk

Gbr. 1. Skema lancip serat yang khas.

0924-4247/99/$ - lihat halaman depan q 1999 Elsevier Science S.A. Hak cipta dilindungi undang-undang. PII: S 0924 - 4247 ( 99 ) 00008 - 4

Visit www.DeepL.com/pro for more information.

Peleburan yang tidak merata menyebabkan kerusakan, profil yang tidak rata, dan dalam banyak kasus, peleburan serat secara keseluruhan.

2.2.

Etsa asam

Untuk menghasilkan silica taper dengan pro file yang lebih terkendali, proses etsa dapat dilakukan. Asam fluorida pekat harus digunakan untuk memberikan proses yang realistis

pada serat optik, akan sangat mengganggu proses pemanduan gelombang. Karena alasan ini, sampai saat ini diasumsikan bahwa pelarut semacam itu tidak cocok untuk etsa POF sehingga metode yang kami jelaskan di sini belum pernah diteliti sebelumnya.

3.1.

Penghapusan kelongsong POF dengan etsa pelarut organik

kali [5]. Etsa tidak dapat meruncingkan serat dan mempertahankan kelongsong yang utuh. Proses ini juga membutuhkan kehati-hatian yang tinggi karena sifat reagen yang digunakan sangat berbahaya, termasuk sistem penahanan dan penanganan khusus. Proses ini memungkinkan pembuatan lancip dengan profil apa pun - linier, , atau melengkung - dan tidak memerlukan nyala api gas atau alat gambar khusus. Kontrol proses yang sederhana dan fleksibilitas profil akhir yang dimungkinkan dengan etsa membuat metode ini menjadi pesaing utama untuk diterapkan pada POF. Namun, polimer harus disesuaikan dengan pelarut yang sesuai untuk memastikan etsa merupakan efek permukaan dan tidak melarutkan material dalam jumlah besar.

3.

Pengetsaan serat optik polimer (POF)

Semua metode yang kami jelaskan di bawah ini berlaku untuk POF indeks langkah dengan inti polimetilmetakrilat (PMMA) murni dan kelongsong Cytop yang telah didoping. Kami telah menggunakan Raytelae POF dari Toray Industries (PFU-FB1000) yang memiliki inti berdiameter 980 mm dan kelongsong setebal 20 mm. Ada beberapa bahan POF lain yang digunakan secara komersial dan ini dibahas di Bagian 5.

Cladding dari Toray Raytelae POF didasarkan pada Cytop, polimer siklik 'BVE' (CF ₂=CFOCF ₂CF ₂CF

(=CF 2) terdaftar secara komersial oleh Ashai Glass, dengan beberapa dopan untuk mengubah indeks refraksi. Sifat dari dopan ini belum dipublikasikan. Oleh karena itu, kami tidak dapat memodelkan sifat kimiawi kelongsong dan pemilihan bahan kimia etsa yang kami jelaskan di sini didasarkan pada hasil empiris.

PMMA adalah termoplastik dengan suhu pelunakan 70-808C.

Terlepas dari kenyataan bahwa proses produksi POF awal adalah metode penarikan panas, jika penarikan panas dilakukan pada POF yang sudah jadi, serat akan putus sebelum terjadi perpanjangan.

Beberapa proses deformasi panas skala kecil telah diterapkan [6]

meskipun ini masih jauh dari penarikan yang sebenarnya. Kami percaya bahwa polimer menolak penarikan sebagian karena tekanan laten dalam struktur dari produksi dan sifat fisik yang berbeda dari inti dan kelongsong. Oleh karena itu, etsa adalah satu-satunya pilihan yang realistis. PMMA dilarutkan dengan larutan pekat

Telah dilaporkan sebelumnya [8] bahwa lapisan Cytop yang didoping dari POF dapat dihilangkan secara kimiawi dengan menggunakan larutan aseton dalam air. Penelitian ini hanya berkonsentrasi pada penghilangan lapisan kelongsong. Rincian pekerjaan ini dipresentasikan secara lisan di sebuah konferensi meskipun tidak termasuk dalam publikasi. Kami telah memperluas metode ini untuk meruncingkan inti dengan memodifikasi komposisi pelarut, proses pemaparan dan waktu pencelupan. Sebagai hasilnya, kami percaya bahwa kami juga telah menciptakan proses yang lebih andal untuk penghilangan lapisan kelongsong daripada yang telah dilaporkan sebelumnya.

Penelitian kami telah menunjukkan bahwa aseton murni, tanpa pengenceran dalam air yang digunakan oleh penelitian yang telah dipublikasikan sebelumnya, dapat digunakan untuk menghilangkan cladding secara efisien dengan menggunakan pendekatan yang lebih baik.

Metode ini melibatkan suatu proses di mana bagian yang diukir menjadi rentan terhadap fraktur tegangan getas untuk sementara waktu. Oleh karena itu, sangat penting untuk keberhasilan bahwa bagian yang akan dikupas ditopang di antara klem, tanpa ada tegangan yang diterapkan. Kami menopang serat dalam keadaan bebas tegangan: serat yang diambil dari gulungan harus ditopang dalam bentuk kurva dan serat yang telah dihilangkan tegangannya ditopang dalam garis lurus.

Jaringan lensa bebas serat (sekitar 30 mm persegi) dilipat

menjadi dua dan dibiarkan menggantung pada serat. Dua hingga empat tetes aseton 100% dioleskan ke jaringan, cukup untuk menjenuhkannya. Jaringan segera diputar dan digeser di sepanjang daerah perlakuan untuk mengekspos kelongsong dengan cepat ke pelarut. Proses ini harus dilakukan dengan sangat hati-hati karena serat menjadi sangat rapuh. Setelah 8-10 detik gerakan yang hati-hati, tiga tetes air suling dioleskan ke jaringan, menghasilkan campuran aseton-air sekitar 1:1. Konsentrasi ini menghentikan proses larutan sekaligus menjaga agar kelongsong cukup lunak untuk dilepas.

Jaringan kemudian segera dicengkeram di antara jari-jari dan digosok dengan cepat di sepanjang area perawatan untuk menghilangkan lapisan yang sekarang semi-lunak. Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi area inti yang terpapar saat jari-jari digerakkan di sepanjang serat sebagai penurunan gesekan permukaan. Area yang terbuka kemudian dicuci dengan air untuk menetralkan pelarut sepenuhnya, kemudian dengan isopropil alkohol untuk meninggalkan inti yang bersih dan bebas minyak. Setiap area kelongsong yang tersisa dapat dilihat secara optik di bawah kaca pembesar atau mikroskop berdaya rendah. Jika

asam anorganik [6] meskipun efeknya adalah untuk menghasilkan kelongsong yang tersisa pada bagian yang dilucuti dapat dilepas daerah bengkak dari bahan berpori dan buram yang terhidrolisis

daripada menghilangkan polimer dalam lapisan konsentris seperti yang kita butuhkan. Namun demikian, polimer ini dapat dilarutkan oleh pelarut organik seperti aseton dan metil isobutil keton (MIBK).

Tindakan pelarut ini pada sampel bahan poli-mer curah menyebabkan permukaan yang menggila [7] yang, jika terbentuk

dengan seluruh proses. Inti tidak akan terpengaruh oleh paparan lebih lanjut terhadap pelarut asalkan waktu pemaparan dibatasi seperti yang dijelaskan.

Setelah wilayah tersebut dicuci, ia akan kembali ke sifat fisik dan kimia asli PMMA. Eksperimen kami telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menghasilkan satu

daerah yang dilucuti antara 5 mm dan 750 mm, meskipun tidak ada batas atas, karena daerah yang panjang dapat dibuat dengan melucuti banyak panjang kecil secara berurutan. Proses yang dijelaskan di sini dapat diulang dan membutuhkan keterampilan operator yang rendah.

Kami telah melatih siswa yang kompeten untuk menghasilkan POF terukir dengan tingkat keberhasilan dan kualitas permukaan yang tinggi dengan menggunakan informasi yang disajikan di sini.

Ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan. Seperti yang sudah kami tunjukkan selama fase larutan awal dengan menggunakan aseton 100%, wilayah yang terpapar sangat rentan terhadap kerusakan. Hal ini merupakan hasil dari serangan istimewa dari mikrofisura yang diinduksi oleh tegangan. Pada 2 detik setelah netralisasi 50% diterapkan, serat kehilangan kerapuhan ini dan dapat menahan tekanan dari tekanan jari.

Kedua, sangat penting untuk memastikan serat dicuci secara menyeluruh setelah etsa. Mengingat daya serap air yang tinggi, ada kemungkinan bahwa pelarut berair dapat terbawa ke permukaan. Jika hal ini tidak dibilas dengan pencucian, maka dapat menyebabkan kerusakan jangka panjang seperti yang dijelaskan pada Bagian 4.1.

3.2.

Peruncingan inti POF

Proses pelepasan cladding dicegah agar tidak mempengaruhi inti oleh batasan waktu. Ketika direndam dalam larutan yang mengandung campuran pelarut organik yang sesuai untuk waktu yang lebih lama, serat secara perlahan-lahan akan larut. Pertama, kelongsong dihilangkan dengan aksi kimia (tanpa perlu menerapkan proses fisik yang dijelaskan di atas). Setelah itu, inti PMMA yang terpapar diukir dengan cara yang seragam sehingga menghasilkan pengurangan diameter inti yang merata. Tidak seperti sampel curah, permukaan inti yang terpapar oleh etsa ini tetap halus. Kami menggunakan larutan 60% ace- tone, 20% MIBK dan 20% air suling.

Rasionya bervariasi - etsa utama adalah aseton meskipun dengan meningkatnya konsentrasi aseton, kemungkinan patah getas meningkat. Kami telah bereksperimen dengan 100% ace- tone dan hanya bisa mencapai tingkat keberhasilan 10%. Dengan proporsi 3:1:1, tingkat keberhasilan 90% dimungkinkan. Kelompok kami telah menghasilkan sejumlah besar taper dan dapat mencapai tingkat kerusakan 1 dari 10 tanpa kesulitan. MIBK juga mengetsa serat meskipun dengan kecepatan yang jauh lebih lambat (100% MIBK akan mengetsa PMMA sekitar 0,5 mm per minggu). Dalam aplikasi ini, ini berfungsi untuk melinierkan proses etsa dengan volume pelarut yang kecil dan membantu menjaga bahan terlarut tetap dalam larutan. Pada suhu kamar, aseton menguap, yang berguna seperti yang akan kami jelaskan di bawah ini, namun, saat ini terjadi, campuran PMMA / doped Cytop mengeras dalam lapisan pada permukaan cairan. Hal ini dapat menjadi masalah jika serat harus diangkat dari pelarut melalui 'kulit' polimer ini. Menambahkan MIBK, yang jauh lebih tidak mudah menguap, menjaga efek ini pada tingkat yang dapat diterima. Waktu yang diperlukan untuk mengetsa lancip berkisar dari 1 jam hingga beberapa hari tergantung pada diameter pinggang akhir yang diperlukan dan rasio pelarut yang digunakan.

Wilayah serat yang tetap berada di bawah permukaan pelarut selama prosedur akan terukir secara seragam menghasilkan a

wilayah pinggang linier. Untuk membuat daerah yang meruncing, waktu pemaparan harus bervariasi. Pengurangan diameter yang halus akan dihasilkan pada suatu wilayah serat jika secara perlahan-lahan dikeluarkan dari pelarut selama etsa, karena serat dicelupkan ke dalam pelarut untuk waktu yang berbeda tergantung pada kedalaman awal di bawah permukaan. Dengan demikian, dengan mengontrol waktu pencelupan, lancip mulai dari profil halus yang lambat hingga langkah-langkah yang berbeda dapat dibuat. Profil diameter lancip dapat dikontrol dengan dua metode yang dijelaskan di bawah ini.

(1)

Perubahan level permukaan pelarut dengan cara sederhana kerugian penguapan dapat digunakan. Dengan memvariasikan luas permukaan batas pelarut/udara, kecepatan penguapan dapat dikontrol.

Harus ada sisa pelarut yang cukup untuk menahan polimer terlarut dalam larutan.

(2)

Serat dapat secara perlahan-lahan dipindahkan keluar dari pelarut dengan

sistem motor. Hal ini memiliki keuntungan dalam menciptakan profil waktu pencelupan yang diperlukan-sehingga lancip non-linier dapat dibuat. Untuk menghilangkan efek penguapan, luas permukaan pelarut yang terpapar ke udara harus minimum.

Dalam kedua kasus tersebut, pelarut harus, jika memungkinkan, diaduk secara perlahan setiap 15 menit untuk mengurangi pembentukan 'kulit' poliester. Dengan rasio aseton yang rendah (- 75%), serat cukup kuat untuk menahan pengadukan yang hati-hati.

Jika penguapan tidak digunakan sebagai metode kontrol profil, maka reservoir pelarut yang besar dapat digunakan untuk terus menyegarkan volume yang bersentuhan dengan serat dengan meneteskan cairan baru ke dalam wadah yang meluap untuk mempertahankan ketinggian permukaan yang tetap. Hal ini mencegah pembentukan residu polimer dengan mempertahankan konsentrasi rendah dalam pelarut.

Metode ini dapat digunakan pada ujung serat dan di tengah-tengah panjang dengan mencelupkan busur lingkaran serat ke dalam pelarut.

Panjang lancip ujung serat dapat mencapai 1 mm, meskipun lancip sejajar dibatasi hingga panjang minimum 2-3 cm karena kesulitan dalam merendam panjang yang kecil dalam rendaman pelarut terbuka.

Profil tirus dapat divariasikan dari profil yang halus hingga profil berundak dengan mengontrol pencelupan. Serat berdiameter 1 mm telah dietsa hingga kurang dari 100 mm dengan panjang 30 mm. Gbr.

2 menunjukkan lancip serat ujung yang dibuat dalam POF 1 mm dengan reduksi linier hingga 300 mm diikuti dengan permukaan ujung setengah lingkaran. Dimungkinkan untuk mengganti lapisan kelongsong di atas lancip dengan melapisi ulang dengan polimer yang sesuai seperti yang telah kami jelaskan untuk POF stripped-cladding.

3.3.

Reproduksibilitas

Proses etsa dilakukan secara bertahap, dan ini merupakan proses yang sederhana untuk memantau diameter pinggang secara fisik atau secara optik. Dimungkinkan untuk memantau keruncingan yang terjadi dengan mengukur daya yang ditransmisikan [9] atau bukaan numerik yang efektif. Pengukuran reflektansi untuk ujung serat yang meruncing dapat digunakan. Jika sejumlah kecil pewarna yang tidak reaktif ditambahkan ke dalam pelarut, perubahan absorbansi yang nyata akan terlihat saat lancip berlangsung.

Hasil akhir permukaan lancip konsisten di seluruh sampel asalkan pelarut segar digunakan untuk setiap proses. Profil

c c 0 1 Gbr. 2. Foto lancip serat ujung yang diproduksi dalam POF berdiameter 1 mm.

Taper dibuat oleh operator dengan mengontrol pencelupan dan tidak sulit untuk membuat beberapa taper yang identik secara nominal dengan hati-hati. Metode tapering yang ada untuk serat silika mengalami kesulitan dalam memproduksi komponen identik dalam jumlah besar tanpa pemantauan yang tepat terhadap prosesnya. Kami percaya bahwa metode yang kami jelaskan di sini sangat cocok untuk penelitian yang membutuhkan sejumlah kecil perangkat dengan profil tertentu.

4.

Sifat-sifat dari taper POF

4.1.

Sifat fisik

Tidak seperti efek pada sampel bahan curah, proses etsa POF memberikan permukaan yang halus secara optik dengan kualitas yang serupa dengan permukaan inti aslinya. Kami percaya bahwa hal ini disebabkan oleh kualitas polimer POF yang unggul meskipun pekerjaan untuk menetapkan prosesnya sudah direncanakan. Satu- satunya faktor mungkin mempengaruhi hasil akhir permukaan adalah adanya polimer yang keluar dari larutan, misalnya, jika lancip ditarik melalui kulit polimer pada permukaan pelarut. Setelah dihilangkan, endapan ekstra ini dengan cepat mengeras dan melekat pada serat sehingga menciptakan permukaan yang tidak seragam yang sulit untuk diperbaiki.

Bagian yang meruncing, jika dicuci dengan benar, hanyalah bagian bahan inti PMMA murni sehingga mempertahankan sifat PMMA dalam hal fleksibilitas, ketahanan terhadap bahan kimia, dll.

Secara khusus, radius tikungan berkurang sebanding dengan diameter sehingga sistem sensor yang membutuhkan segmen POF melengkung kecil [8] dapat secara signifikan dibuktikan dengan menggunakan metode ini untuk memungkinkan radius tikungan yang lebih kecil atau permukaan kopling yang lebih besar di ujung serat. Bagaimana-

Namun demikian, jika pelarut diserap ke dalam PMMA selama etsa dan tidak dihilangkan, maka secara perlahan-lahan akan merusak struktur mikro PMMA yang mengarah ke tampilan semi-buram seperti susu. Dengan demikian, kualitas optik bahan akan berkurang secara dramatis. Efek ini dapat 'mengaburkan' area yang terukir selama beberapa minggu atau bulan. Kami merekomendasikan untuk merendam serat yang terukir dalam air suling selama beberapa jam untuk memastikan pelarutnya hilang. Dengan tahap pencucian ini, kami telah melihat rasio pengaburan yang relatif rendah, sekitar 10%.

Saat ini, kami sedang meneliti proses yang tepat yang berperan sehingga kami dapat merancang metode untuk mencegah terjadinya efek tersebut.

4.2.

Sifat optik

Daerah runcing yang dibuat dengan metode ini memiliki sifat optik yang sama seperti runcing lainnya dalam serat multimode [10].

Namun, mengingat diameter POF yang besar, beberapa efek perlu diperhatikan.

4.2.1.

Efek pada jumlah mode

Dalam serat optik multimode inti besar, seperti yang kami gunakan di sini, jumlah mode terpandu M dapat diperkirakan dengan persamaan berikut [11]:

M=

(

^{kr N}

)

²⁼

(

^{kr nn2- n2}

)

²

Di mana k adalah konstanta perambatan serat, r_cadalah jari-jari inti dan N adalah bukaan numerik. n(0) dan n(1) adalah indeks bias inti dan cladding, masing-masing. Meruncingkan serat menghasilkan pengurangan diameter yang menyaring mode orde tinggi di dalam serat, menciptakan pengurangan NA yang efektif [11] yaitu

Gbr. 3. Profil emisi dari POF normal dan meruncing.

Gbr. 3 menunjukkan profil emisi medan jauh dari permukaan ujung yang dipoles dari POF berdiameter 1 mm sepanjang 750 mm dengan lancip berdiameter pinggang 520 mm yang ditempatkan di tengah-tengah yang dilapiskan pada sampel tanpa lancip dari serat yang sama. Serat yang tidak diberi perlakuan menunjukkan pola medan jauh di mana 90% fluks terjadi dalam 308 sumbu, memberikan NA efektif sin(308) = 0,50. Taper membatasi sudut hingga 108 - NA efektif hanya 0,17. Struktur profil yang halus disebabkan oleh kondisi peluncuran dan bukan karena efek tapering.

Efek ini sangat bermanfaat apabila digunakan dengan elemen difraksi permukaan akhir seperti yang dikembangkan oleh kelompok kami

[13] karena sudut emisi yang lebih kecil memberikan hasil yang sesuai resolusi yang lebih tinggi ke spektrum terdifraksi.

4.2.2.

Efek medan yang tidak beraturan Fraksi daya yang ditransmisikan di luar inti

serat (karena bidang evanescent) dapat dipertimbangkan kira-kira sebanding dengan kuadrat dari diameter lancip. Hal ini

bermanfaat untuk sensor di mana alat ukur menggantikan kelongsong karena tapering dapat digunakan untuk mengoreksi ketidaksesuaian NA efektif antara serat dan sensor [12].

Penyaringan mode konvensional pada POF berdiameter besar bergantung pada masker eksternal dan oleh karena itu, membutuhkan penyelarasan dan ruang. Menggunakan lancip POF tidak memerlukan penyelarasan dan memiliki pelemahan konstan pada mode orde rendah. Panjang redistribusi modal POF adalah beberapa ratus meter sehingga efek taper bersifat lokal pada jarak ini.

berbanding terbalik dengan bilangan V [14]. Jika inti telanjang dikelilingi oleh cairan penyerap, koefisien penyerapan efektif medan evanescent berbanding terbalik dengan jari-jari [14]. Oleh karena itu, lancip POF lebih efektif untuk membuat sensor medan evanescent daripada bagian inti yang telanjang [15].

Gbr. 4 menunjukkan spektrum transmisi dari sumber halogen tungsten melalui tiga serat POF 1 mm Toray sepanjang 750 mm.

Bagian tengah 50 mm dari setiap serat dicelupkan ke dalam larutan metilen biru 1 ppm dalam air. Jejak normal adalah sampel yang tidak diberi perlakuan dan menunjukkan trans-

Gbr. 4. Spektrum transmisi POF normal, declad, dan tapered dalam larutan metilen biru.

misi (tidak terpengaruh oleh keberadaan pewarna). The dan cocok untuk penelitian dan pembuatan prototipe. Pengoperasian pada

Serat yang telah dideklad telah dihilangkan kelongsongnya dengan metode yang telah kami jelaskan di atas 50 mm yang direndam.

Sampel yang diruncingkan telah diukir untuk membentuk lancip dua kerucut berdiameter pinggang sepanjang 50 mm dengan panjang 800 mm di daerah yang direndam. Seperti yang dapat dilihat, bahkan sedikit pengurangan diameter ini memberikan lebih dari dua kali perubahan penyerapan daripada hanya melepas kelongsong. Oleh karena itu, Tapered POF sangat cocok untuk sensor yang beroperasi menggunakan prinsip ini dan harus memberikan penguatan instan dalam ukuran sinyal (oleh karena itu, peningkatan sensitivitas atau pengurangan biaya elektronik).

5.

Jenis POF lainnya

Beberapa produsen memproduksi POF indeks-tahap menggunakan bahan lain, misalnya polistiren dan Cytop murni

[16] digunakan untuk inti dan kelongsong. Cytop yang tidak didoping adalah

tidak diharapkan bereaksi terhadap campuran pelarut saat ini dengan cara yang sama seperti lapisan kelongsong yang telah kami jelaskan dalam makalah ini. Polistiren larut sebagai sampel curah, mengubah serat menjadi gel cair dan bukannya meruncingkannya.

skala komersial harus disesuaikan dengan kemampuan untuk meminta POF tanpa lapisan dari produsen, meskipun opsi ini hanya terbuka untuk pengguna akhir terbesar. Saat ini kami sedang menyelidiki penerapan perangkat ini pada sistem sensor untuk mengukur biofouling, kelembapan, dan kualitas air. Direncanakan untuk menerapkan metode ini pada POF indeks bertingkat jika sudah tersedia.

Referensi

[1] R.A. Lieberman, Kemajuan terbaru dalam penginderaan kimia serat optik intrinsik II, Sensor dan Aktuator B 11 (1993) 43-55.

[2] A.J.C. Grellier, N.K. Zayer, C.N. Pannell, Pemodelan perpindahan panas dalam pemrosesan laser CO2 pada serat optik, Komunikasi Optik 152 (4-6) (1998) 324-328.

[3] SR Choudhury, Y. Jaluria, Aspek praktis dalam menggambar serat optik, J.

Mat. Res. 13 (2) (1998) 483-493.

[4] M. Garcia-Parajo, T. Tate, Y. Chen, Parabola berlapis emas untuk pemindaian mikroskop optik medan dekat: fabrikasi dan optimasi, Ultramikroskopi 61 (1- 4) (1995) 155-163.

[5] B. Schoch, B.E. Jones, A. Franks, Teknik sederhana untuk pembuatan probe optik untuk pemindaian mikro-optik medan dekat

POF indeks bertingkat baru-baru ini dikembangkan [16] ruang lingkup, Meas. Sci. Tech. 5 (6) (1994) 663-666.

menggunakan inti Cytop dengan doping variabel radial. Ini belum tersedia untuk pengujian meskipun pengembang menunjukkan Cytop murni larut dalam pelarut perfluoro-alkana dan kami percaya metode yang dijelaskan dapat diterapkan menggunakan senyawa ini sebagai pengganti campuran saat ini.

6.

Kesimpulan

Sebuah metode telah dikembangkan untuk memungkinkan pengetsaan lancip pada inti serat optik polimer baik di dalam panjang atau di ujung serat. Kami menyajikan informasi teknis tentang proses dan efeknya terhadap serat sebagai informasi bagi orang lain yang bekerja dengan perangkat POF. Profil diameter apa pun dimungkinkan kecuali desain re-entry, dengan panjang 2 cm hingga beberapa meter. Prosesnya sederhana, berbiaya rendah, membutuhkan sedikit atau tanpa peralatan khusus dan lebih aman daripada proses yang melibatkan asam yang sangat pekat. Proses ini berlaku untuk semua diameter POF yang memiliki inti PMMA dan kelongsong Cytop yang didoping dan dapat menghasilkan diameter pinggang serendah 100 mm. Waktu yang diperlukan untuk mengetsa setiap lancip adalah lama (beberapa jam) sehingga prosesnya dapat dipantau secara manual dan kesalahan dalam pengaturan waktu atau campuran pelarut tidak terlalu penting. Metode optik dapat digunakan untuk mengukur kemajuan etsa.

Baik sifat optik dan fisik yang diprediksi maupun yang diukur dari taper menawarkan keuntungan yang signifikan baik untuk peningkatan perangkat POF yang sudah ada atau konversi perangkat silika [17] ke POF. Kami yakin teknik ini menarik bagi semua yang saat ini bekerja dengan sensor POF dan skrup sebagai alat laboratorium untuk meningkatkan kinerja perangkat. Teknik ini dimaksudkan untuk memungkinkan modifikasi POF pada skala laboratorium tanpa menggunakan peralatan khusus.

[6] S. Yamakawa, Sensor kimia serat optik plastik dengan pensil

berbentuk probe fluoresensi ujung distal. Prosiding POF 97 Sesi G, 1997, hal.

109-110.

[7] L. Elgel, Atlas pemeriksaan permukaan kerusakan polimer dengan pemindaian mikroskop elektron, Wolfe, New York, 1981.

[8] J. Bayle, J. Mateo, Sensor serat optik plastik indeks bias, berdasarkan medan evanescent. Prosiding POF 96 Sesi 9: Sensor 1, 1996, hal. 220-227.

[9] M.R. Lovely, P. Radhakrishnan, V.P.N. Nampoori, C.P.G. Vallab-

han, Sensor gelombang evanescent untuk memonitor laju etsa serat optik, Indian J. Pure Appl. Phys. 34 (1) (1996) 34-35.

[10] A.W. Snyder, J.D. Love, Teori Pandu Gelombang Optik, Chapman and Hall, 1983.

[11] J.M. Senior, Prinsip dan Praktik Komunikasi Serat Optik.

Prentice-Hall, London, 1985.

[12] J. Golden, S. Rabbany, G. Anderson, Prosiding SPIE 1796 (1992) 9-13.

[13] N.F. Schmitt, E. Lewis, P.J. Scully, Struktur kisi yang diinduksi oleh foto UV pada serat optik plastik. Prosiding POF 96 Sesi 4: Pandu Gelombang, 1996, hal. 120-127.

[14] V. Ruddy, Koefisien atenuasi yang efektif untuk gelombang evanescent spektroskopi menggunakan serat multimode, Serat dan Optik Terpadu 9 (2) (1990) 143-151.

[15] B.D. Gupta, C.D. Singh, A. Sharma, Sensor serapan medan evanescent serat optik-efek kondisi peluncuran dan geometri daerah penginderaan, Opt. Eng. 33 (6) (1994) 1864-1868.

[16] H. Murofushi, POF berfluorinasi dengan kehilangan rendah. Prosiding POF 96 Sesi Pleno 1, 1996, hal. 17-23.

[17] O.S. Wolfbeis, Sensor serat optik dalam ilmu biomedis, Pure Appl.

Chem. 59 (1987) 663-672.

David Merchant adalah peneliti pascasarjana di Kelompok Penelitian Sensor Serat Optik di Liverpool JMU, yang mengkhususkan diri pada perangkat serat optik polimer. Lulusan fisika dari St Peter's College, Oxford University dan Liverpool JMU, ia bergabung dengan grup ini pada tahun 1996 untuk mengembangkan sensor untuk mengukur fluoresensi dalam cairan menggunakan teknologi serat untuk tesis doktoralnya dan saat ini mengkhususkan diri pada perangkat serat polimer. Beliau juga pernah bekerja di bagian standar suhu di National Physical Laboratory, Teddington, Inggris, mengembangkan standar transfer gas berbasis laser dan teknik termometri permukaan jarak jauh.

Patricia Scully adalah Dosen Senior Fisika Terapan di Liverpool JMU, bergabung pada tahun 1990 dan membantu membentuk Kelompok Penelitian Sensor Serat Optik pada tahun 1992. Beliau lulus dari University of Manchaster dengan gelar BSc (Hons) di bidang Fisika pada tahun 1985, dan memperoleh gelar MSc di bidang Instrumentasi dan Sains Analitik dari UMIST pada tahun 1986. Ia menempuh pendidikan PhD di bidang Sensor Optik untuk Pemantauan Fisiologis di University of Liverpool pada tahun 1987-1990. Minat penelitiannya saat ini meliputi sensor serat optik silika dan polimer untuk pemantauan kimia, biologi, dan lingkungan.

Nicolas Schmitt saat ini bekerja di Hewlett-Packard untuk mengerjakan sistem telekomunikasi berkecepatan tinggi. Pada tahun 1993, ia lulus dari Liverpool JMU dengan gelar BSc (Hons) dalam bidang Fisika Terapan. Dia bergabung dengan Kelompok Penelitian Sensor Serat Optik pada tahun 1994 untuk meraih gelar PhD- nya untuk menyelidiki dan mengembangkan induksi foto struktur kisi dalam serat optik polimer.