Fibra de cristal Fotónica

Cristal fotónicoFibraEl PCF es un nuevo tipo de fibra óptica en los últimos a ños. Esta fibra se compone generalmente de un solo medio, que consiste en poros bidimensionales estrechamente dispuestos, manteniendo la estructura sin cambios en la dirección axial. Revestimiento estructural. Cristal fotónicoFibra ópticaDebido a que muchas fibras ópticas tradicionales son difíciles de realizar, han atraído mucha atención y se han convertido en el foco de la investigación óptica y Optoelectrónica en los últimos años.

Antecedentes familiares

Académicos e industriales. Sin embargo, se encuentra que aunque la fibra tiene una estructura de recubrimiento periódica, suEl concepto de fibra de cristal fotónica fue propuesto por primera vez por St. J. Russell y otros en 1992. La intención original es introducir el efecto de brecha de banda fotónica en la fibra óptica para realizar la Guía de la luz. Debido a la limitación de la tecnología de fabricación, la primera fibra de Cristal fotónico no fue publicada con éxito hasta 1996. La fibra óptica tiene características únicas de transmisión de modo único sin fin.Se permite el mecanismo de reflexión interna total (TIR) de las fibras ópticas convencionales sin utilizar el efecto de brecha de banda fotónica. El análisis posterior muestra que las características de transmisión de la fibra no dependen de la disposición periódica de los poros de la capa de revestimiento. Bajo ciertas condiciones, la estructura de poros dispuestos aleatoriamente también puede realizar la transmisión de modo único sin fin. Se llama fibra de Cristal fotónico de reflexión interna total (TIR - PCF) o fibra de Cristal fotónico guiada por índice de refracción. El desarrollo exitoso de Tir - PCF ha añadido un nuevo contenido a la definición de fibra de cristal fotónica, y ha iniciado el estudio de la tecnología de fibra de cristal fotónica.

Microestructura de fibra de cristal Fotónica

En 1998, J.C. Knight et al. Desarrollaron el primer elemento óptico de Cristal fotónico realFibraEsto depende de la brecha de banda fotónica para guiar la luz. A diferencia del TIR - PCF, esta fibra se llama fibra de brecha de banda fotónica (pbg - PCF). En 1999, R. F. Cregan et al. Desarrollaron con éxito una gran guía de onda óptica hueca pbg - PCF.El uso del aire como medio de transmisión óptica significa una pérdida de transmisión ultra baja, una no linealidad ultra baja y una transmisión de dispersión ultra baja, que es difícil de realizar en la fibra tradicional. La aparición de la fibra de cristal fotónica (pbg - PCF) ha declarado que la fibra de cristal fotónica ha entrado en el escenario histórico. Desde entonces, la fibra de cristal fotónica ha entrado en una fase de rápido desarrollo y ha ocupado rápidamente la vanguardia de la investigación en muchos campos de la Ciencia y la tecnología. En la actualidad, la investigación aplicada de la fibra de cristal fotónica ha ido cubriendo gradualmente a muchos líderes científicos y tecnológicos, como la comunicación, la detección, la óptica no lineal, la espectroscopia e incluso la biomedicina. Con el desarrollo de la investigación, varias nuevas fibras de Cristal fotónico están emergiendo, y las nuevas aplicaciones basadas en fibras de Cristal fotónico son cada vez más abundantes.

Estructura y principio de guía de luz

En cuanto a la estructura, el PCF se puede dividir en fibra sólida y fibra hueca. La fibra sólida es una especie de fibra óptica, en la que los capilares de vidrio de cuarzo se colocan periódicamente alrededor de la varilla de vidrio de cuarzo. La fibra hueca es una especie de fibra óptica, en la que los capilares de vidrio de cuarzo se colocan periódicamente alrededor de los tubos de vidrio de cuarzo.

El mecanismo de guía de luz PCF se puede dividir en dos tipos: el mecanismo de guía de luz del índice de refracción y el mecanismo de guía de luz de la brecha de energía fotónica.

Mecanismo de guía de luz del índice de refracción: el índice de refracción del núcleo de fibra con defectos periódicos (vidrio de cuarzo) es diferente del índice de refracción del revestimiento periódico (aire), por lo que la luz puede propagarse en el núcleo de fibra. El mecanismo de guía de luz de esta estructura de PCF sigue siendo la reflexión interna total, pero es diferente de la fibra tradicional g.652. Debido a que el revestimiento contiene aire, este mecanismo se llama reflexión interna total mejorada. Esto se debe a que el tamaño del agujero en el PCF hueco sigue siendo pequeño en comparación con la longitud de onda de la luz transmitida.

  Sección transversal de fibra de cristal Fotónica

Mecanismo de guía de la luz de la brecha de banda fotónica: Teóricamente, las condiciones de conducción de las fibras de Cristal fotónico sólidas y huecas se pueden derivar resolviendo las ondas electromagnéticas (ondas de luz) en los cristales fotónicos, por lo que se puede obtener la teoría de la Guía de la luz de la brecha de banda Fotónica. Como se muestra en la figura 1, el Centro es hueco. Aunque el índice de refracción del núcleo hueco es menor que el del vidrio de cuarzo recubierto, debido a que la red de poros en el revestimiento forma cristales fotónicos, todavía puede garantizar que la luz no se refracte. Cuando la distancia entre los orificios y el diámetro de los orificios satisfacen ciertas condiciones, se puede evitar la propagación de la luz correspondiente en la brecha de energía fotónica y se puede limitar la propagación de la luz en el hueco central. Estudios recientes han demostrado que este HF puede transmitir más del 99% de la energía de la luz, y la atenuación de la luz espacial es muy baja, por lo que la atenuación de la fibra puede ser sólo 1 / 2 - 2 / 1 / 4 de la fibra estándar. Pero no todas las fibras de Cristal fotónico son guías de onda fotónicas bandgap.

La explicación concreta del mecanismo de transmisión de la brecha de energía fotónica en el PCF hueco es que el defecto periódico formado en el PCF hueco es el aire, y el mecanismo de transmisión de la luz es el uso de la envoltura para formar la brecha de energía fotónica a cierta longitud de onda de luz. Los defectos de formación del núcleo existen y se extienden. Aunque la reflexión interna total no ocurre en el PCF hueco, la estructura de celosía de los pequeños agujeros en el revestimiento es como un espejo, por lo que la luz se refleja muchas veces en la interfaz aire - vidrio de cuarzo de muchos pequeños agujeros.

Condiciones favorables

La Guía de onda de Cristal fotónico tiene un buen efecto de flexión.

Básicamente no hay pérdida de transmisión de energía, ni retardo u otros fenómenos que afecten a la velocidad de transmisión de datos.

La fibra de cristal fotónica tiene una banda de transmisión extremadamente amplia y puede transmitirse en toda la banda de frecuencia.

Características

El PCF tiene muchas características singulares:

Modo único infinito

Con el aumento del tamaño del núcleo, la transmisión de fibra monomodo se convertirá en fibra multimódica. En el caso de las fibras de Cristal fotónico, no parece haber longitud de onda de Corte, independientemente de la longitud de onda, siempre que la relación entre la abertura de aire y la distancia entre los agujeros sea inferior a 0,2. Esta es una característica de transmisión monomodo sin Corte. La fibra se puede transmitir en un solo modo en una luz azul a 2 μm. Curiosamente, esta característica es independiente del tamaño absoluto de la fibra, por lo que el área del campo de modo se puede ajustar cambiando el espaciamiento de los poros. A 1550 nm, puede alcanzar 1 ~ 800 μm2. De hecho, se han fabricado 680 μm2 de fibra de Cristal fotónico de gran modo, que es aproximadamente 10 veces mayor que la fibra tradicional. El campo de modo pequeño es propicio para la no linealidad, y el campo de modo grande puede prevenir la no linealidad. Esto es importante para mejorar o reducir la no linealidad óptica. Esta fibra tiene muchas aplicaciones potenciales, como láseres y amplificadores (que utilizan fibras altamente no lineales), fibra para comunicaciones no lineales bajas y transmisión de alta potencia óptica.

Dispersión anómala

La dispersión del material en el vacío es cero, y la dispersión del material en el aire es muy pequeña. Esto hace que la dispersión del PCF hueco sea muy especial. Dado que el diseño de la fibra es muy flexible, se puede lograr una mayor dispersión de la Guía de onda cambiando la relación entre la abertura y el espaciamiento de los agujeros, y la dispersión total de la fibra puede alcanzar la distribución deseada. Por ejemplo:Cero...La longitud de onda de dispersión se puede mover a una longitud de onda más corta para realizar la transmisión de la División de arco óptico a 1300 nm. Fibra plana dispersiva con excelentes propiedades (el ancho de banda de varios cientos de nm es casi cero); Varios dispositivos no lineales y fibras de compensación de dispersión (2000ps / nm·km) surgieron como los tiempos requieren.

Excelente efecto no lineal y birefringencia

El efecto no lineal en la fibra g.652 es el fenómeno de que la intensidad de transmisión por unidad de área de la fibra es demasiado grande, lo que afecta gravemente la calidad de transmisión del sistema. Sin embargo, en la Guía de onda óptica fotónica bandgap PCF, podemos reducir la intensidad de la luz por unidad de área efectiva aumentando el diámetro de la cavidad del núcleo PCF (es decir, el área efectiva de PCF), reduciendo así en gran medida el efecto no lineal. Esta característica de la Guía de onda fotónica bandgap sienta las bases técnicas para la fabricación de fibras de Cristal fotónico de gran área efectiva.

Excelente efecto birefringt

Para la fibra de polarización preservada, cuanto más fuerte es el efecto birefringt y más corta es la longitud de onda, mejor es el Estado de polarización de la luz transmitida. En la fibra de cristal fotónica, la estructura bidimensional se puede formar simplemente rompiendo la simetría circular de la sección transversal de la fibra de cristal fotónica, formando así una fuerte Birrefringencia. Al reducir el número de poros o cambiar el diámetro de los poros, se pueden fabricar fibras de polarización de PCF birefringent de varios órdenes de magnitud más altas que las fibras de polarización de panda.

Aplicación

Ámbito de aplicación:

Transmisión láser infrarrojo cercano de alta potencia y baja pérdida

Configuración de pulso, compresión de pulso

óptica no lineal

Campo de detección de fibra óptica

Nueva aplicación:

Generación de energía supercontinua

Compresión de pulso

Acoplador de fibra sintonizable