Fabrication and characterization of negative curvature hollow core polymer optical fibers for near-infrared light guidance

Polimer optik fiberler (POF), kısa mesafeli veri iletimi, endüstriyel otomasyon, kimyasal ve biyolojik algılama uygulamaları için büyük ilgi görmüştür. Polimerlerin düşük maliyeti, hafifliği, esnekliği, erişilebilirliği ve malzeme işleme kolaylığı özellikleri onları silika muadillerinden üstün kılar. Ayrıca, geleneksel POF'lar ile karşılaştırıldığında, hollow core polimer optik fiberler (HCPOF), yakın kızılötesi (Near Infrared, NIR) bölgesindeki malzeme absorpsiyon kaybını önemli ölçüde azaltan hava yoluyla ışık yönlendirmesi sergiler. Kaplama bölümünün uygun fiber malzeme ile yapılandırılması, NIR'da düşük iletim kaybı ile HCPOF'un ışık yönlendirme özelliklerini daha da değiştirebilir. POF'ların başarılı bir şekilde üretilmesi için çeşitli yöntemler halihazırda kullanılmıştır, ancak bu yaklaşımlarla karmaşık geometrili HCPOF'lar üretme olasılığı ve üretim yöntemlerinin optimizasyonu henüz çözümlenememiştir. Bu çalışmada, iki farklı polimerik malzeme ile karmaşık geometrili dışbükey HCPOF preformlarının fabrikasyon uygunluğunu bulmak için stack and draw tekniği ve fused deposition modelleme (3D baskı) yaklaşımları araştırıldı. Üretilen preformlardan doğrudan yüksek gerilimde çekilen iyi yapılandırılmış HCPOF'lar elde etmek için modifiye edilmiş termal çekme işlemi üzerinde ayrıntılı bir araştırma yapıldı. Ayrıca, ısıl çekme işlemi sırasında, fiberlerin çekirdek ve kılıf kısımlarında genleşme ve büzülme sıklıkla gözlenmiştir. Fiberlerdeki tasarlanan yapıyı korumak için kaplama tüplerinin fiber çekme işlemi sırasında şişirilmesi gerekmiştir. Bu, stack and draw tekniği ve 3D baskı ile yapılan preformların her ikisinde de fiberlerin içine gaz basıncı uygulanmasıyla sağlandı. Optik karakterizasyon, 600 – 1700 nm dalga boyu aralığında süper süreklilik ışık kaynağı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çekirdek ve kaplama yapıları arasındaki iletim spektrumlarının farkı, önerilen HCPOF'larınn ışık yönlendirme özelliklerini önemli ölçüde kanıtlamaktadır. HCPOF'ların iletim kayıpları, optik spektrum analiz cihazı kullanılarak ölçüldü ve stack and draw tekniği kullanılarak üretilen altı tüplü HCPOF için ortalama 49.26 dB/m ve 3D baskılı altı köşeli yıldız kaplama kullanılan HCPOF için 16 dB/m olarak bulundu. İlaveten, 3D baskılı karmaşık geometrili HCPOF'ların mekanik etkilerine karşı bükülme kaynaklı kayıp (bend-induced loss) üzerinde farklı bükülme açılarında araştırma yapılmıştır. HCPOF'ların mekanik etkilerine karşı düşük bükülme kaynaklı kayıp ile elde edilen daha düşük iletim kaybı, görünür ve kızılötesi ışık kılavuzluğu için geleneksel polimer optik fiberlere bir alternatif olarak HCPOF'ların kullanılma potansiyelini açıkça göstermektedir.