Fotonikristalli optinen kuitu

Fotonikiteinen optinen kuitu  (PCF, mikrorakenteinen optinen kuitu, reikäinen aaltoputki) on optisten kuitujen luokka , jonka kuorella on kaksiulotteisen fotonikiteen rakenne .

Tämän kuorirakenteen ansiosta avautuvat uusia mahdollisuuksia kuitujen dispersio-ominaisuuksien säätelyyn laajalla alueella ja sähkömagneettisen säteilyn lokalisaatioasteen ohjauksessa ohjatuissa aaltoputkimuodoissa.

Useimmissa tapauksissa PCF:ien luomiseen käytetään lasia tai sulatettua kvartsia , joissa on ilmalla täytettyjä reiät. Jotkut reiät voivat olla täynnä muita kaasuja tai nesteitä, mukaan lukien nestekiteet. Harvemmin käytetyt PCF:t, jotka on muodostettu kahdesta eri lasityypistä, joiden taitekertoimet ovat hyvin erilaisia.

Joskus termiä fotoninen kidekuitu käytetään laajemmassa merkityksessä: se viittaa lähes kaikentyyppisiin kuituihin, joilla on monimutkainen kuorirakenne, mukaan lukien mikro- ja nanorakenteiset kuidut sekä Bragg-kuidut ja reikäkuidut.

Luokitus

PCF-kuidun ytimen valonpidätysmekanismin mukaan se voidaan jakaa kahteen suureen luokkaan.

Ensimmäisen luokan muodostavat PCF:t, joiden ytimeen valon lokalisoituminen johtuu peiliheijastuksesta kuoresta, jossa on fotonikaistarakoja. Erityisen tärkeää on, että kaistavälin PCF:n ydin voi olla ontto, mikä mahdollistaa niihin tulevan säteilyn tehon lisäämisen useilla suuruusluokilla sekä häviöiden ja epälineaaristen vaikutusten vähentämisen.

Toisen luokan PCF:n valonrajoitusmekanismi on varsin perinteinen optiselle kuidulle - sisäinen kokonaisheijastus . He käyttävät kuitenkin uutta periaatetta kuoren taitekertoimen säätelyyn, joka perustuu sen riippuvuuteen kuoren rakenteesta. Mahdollisuus säätää verhouksen taitekerrointa mahdollistaa ns. rajoittamattoman yksimuotokuitujen luomisen . Niissä vain yksi moodi etenee millä tahansa aallonpituudella . Toinen PCF:n piirre on yksimuotojärjestelmän olemassaolo kuiduissa, joilla on suuri ytimen halkaisija.

Ilmarei'illä varustetun PCF:n valmistukseen käytetään yleensä korkean lämpötilan vetoa aihiosta (aihiosta), joka on koottu ontoista putkista, joilla on pyöreä tai kuusikulmainen poikkileikkaus. Reiät voidaan täyttää erilaisilla aineilla PCF:n ominaisuuksien säätämiseksi. Harvemmin käytetty on reikien poraus aihioon, joka on valmistettu yhden perinteisen tekniikan mukaisesti optisten kuitujen aihioiden valmistukseen.

Sovellukset

Fotoniset kidekuidut ylittävät standardien optisten kuitujen ja aaltoputkien rajoitukset. On PCF:itä, joilla on monia epätavallisia ominaisuuksia, esimerkiksi:

• PCF:t, joissa valon etenemisen yksimuototila ei ole spektrisesti rajoitettu;
• PCF kielletyllä kaistalla, joka tukee valon etenemismuotoa ilmaytimessä;
• PCF suurella tai päinvastoin erittäin pienellä tehollisen tilan alueella;
• erittäin epälineaariset PCF:t;
• polarisaatiota ylläpitävät PCF:t, joilla on erittäin vahva anisotropia;
• Nolladispersio PCF millä tahansa aallonpituudella näkyvällä ja lähellä IR- aluetta .

Yksi PCF:n tärkeimmistä käytännön sovelluksista on niihin perustuvien superjatkuvuusgeneraattoreiden luominen (lasersäteilyn muuntaminen laajaspektrikaistaiseksi säteilyksi eli matalaksi ajalliseksi koherenssiksi, samalla kun säilytetään korkea tilakoherenssi) ja ( optiset kammat ). PCF:ien käyttö valon aallonpituuden muuntamiseen, optisen signaalinkäsittelyn laitteiden luomiseen, suuritehoisen valosäteilyn kuljettamiseen ja monien muiden ongelmien ratkaisemiseen on erittäin lupaavaa.

PCF-levyjen tulevaisuuden määrää pitkälti niiden tuotantoteknologian kehitys, erityisesti edistyminen vaimennuksen vähentämisessä ja mekaanisen lujuuden lisäämisessä. Tärkeää on myös PCV:n tuotantokustannusten alentaminen.

Kirjallisuus

• Dianov E.M. Saavutukset fotonisten kidekuitujen ja ultralaajakaistavahvistimien luomisen alalla // Lightwave Russian Edition. 2004. Nro 1. S. 8–11.
• Naniy O.E., Pavlova E.G. Fotoniset kristallikuidut // Lightwave Russian Edition. 2004. Nro 3. S. 47–53.
• Zheltikov A.M. Mikrostrukturoitujen kuitujen optiikka. - M.: Nauka, 2004. - 281 s.
• Zheltikov A.M. Rei'itetyt aaltoputket // UFN. 2000. T. 170. S. 1203.
• P.St. J. Russell, "Photonic crystal fibers", Science 299 , 358-362 (2003). (Katsausartikkeli.)
• P.St. J. Russell, "Photonic crystal fibers", J. Lightwave. Technol. , 24 (12), 4729-4749 (2006). (Katsausartikkeli.)
• F. Zolla, G. Renversez, A. Nicolet, B. Kuhlmey, S. Guenneau, D. Felbacq, "Foundations of Photonic Crystal Fibres" (Imperial College Press, Lontoo, 2005). ISBN 1-86094-507-4 .
• Burak Temelkuran, Shandon D. Hart, Gilles Benoit, John D. Joannopoulos ja Yoel Fink, "Wavelength-scalable hollow optical fibers with large photonic bandgaps for CO2 laser Transmission", Nature 420 , 650-653 (2002).
• JC Knight, J. Broeng, T. A. Birks ja P. St. J. Russell, "Photonic band gap guidance in optical fibers", Science 282, 1476-1478 (1998).
• JC Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell ja DM Atkin, "All-piidioksidin yksimuotokuitu fotonikristallipäällysteellä", Opt. Lett. 21 , 1547 - 1549 (1996). Erratum, ibid 22 , 484-485 (1997).
• R.F. Cregan, B.J. Mangan, J.C. Knight, T.A. Birks, P. St.J. Russell, PJ Roberts ja DC Allan, "Single-mode photonic band gap guidance of light in air", Science, voi. 285, nro 5433, s. 1537-1539, syyskuu 1999.
• PJ Roberts, F. Couny, H. Sabert, BJ Mangan, DP Williams, L. Farr, MW Mason, A. Tomlinson, TA Birks, JC Knight ja P. St.J. Russell, "Onttoytimisisten fotonikidekuitujen äärimmäisen pieni häviö", Opt. Express, voi. 13, ei. 1, s. 236-244, 2005.
• P. Yeh, A. Yariv ja E. Marom, "Theory of Bragg fiber", J. Opt. soc. Olen. 68 , 1196 - 1201 (1978).
• A. Bjarklev, J. Broeng ja AS Bjarklev, "Photonic crystal fibres" (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, 2003). ISBN 1-4020-7610-X .
• Martijn A. van Eijkelenborg, Maryanne CJ Large, Alexander Argyros, Joseph Zagari, Steven Manos, Nader A. Issa, Ian Bassett, Simon Fleming, Ross C. McPhedran, C. Martijn de Sterke ja Nicolae AP Nicorovici, "Mikrostrukturoitu polymeerivalokuitu Optics Express Voi. 9, ei. 7, s. 319-327 (2001).
• JM Dudley, G. Genty, S. Coen, "Supercontinuum Generation in Photonic Crystal Fiber", Reviews of Modern Physics 78 , 1135 (2006).

Linkit

• Center for Photonics and Photonic Materials (CPPM), Bathin yliopisto [1]
• Ryhmä prof. Philip St. John Russell Max Planck Institute for the Science of Lightissa Erlangenissa [2] mukanaan johdantomateriaalia, katsauksia ja tietoja nykyisestä tutkimuksesta.
• Laserfysiikan ja -tekniikan tietosanakirja fotonikidekuiduista , monia viittauksia
• Steven G. Johnson, Photonic-crystal and microstructured fiber tutorials (2005).
• Philip Russell: Photonic Crystal Fibers, Historical account in: IEEE Leo Newsletter, lokakuu 2007  (linkki ei saatavilla)
• John D. Joannopoulos, Steven G. Johnson, Joshua N. Winn ja Robert D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light , toinen painos (Princeton, 2008), luku 9. (Luettavissa verkossa.)