Оптические волокна с фотонно-кристаллической структурой (ФКВ)

156 
Основной особенностью ФКВ является распространение энергии световой 
волны вдоль линейного дефекта (сердцевины волокна). Сама волна существует 
виде поперечной одной основной электрической моды 
ТЕ01
или магнитной 
моды 
ТМ01
, т.е. в поперечном сечении волокна или плоскости решетки 
фотонного кристалла. См. рис. 3.17 -18. 
Рис. 3.17.(слева) Поперечное сечение фотонно-кристаллических волокон. [7] 
а) на рисунке слева - поперечное сечение ФКВ со сплошной световедущей жилой в центре.
б) на рисунке справа - поперечное сечение ФКВ с полой световедущей жилой в центре. 
Рис. 3.18.(справа) Структура сечения двумерного ФКВ легированной стеклянной сердцевиной 
в центре простой шестигранной центрированной ячейки. Это увеличенный размер рис. 3.17. 
б). [3] 
Существуют два класса оптических волокон различных по механизму 
удержанию света в сердцевине. 
Первый класс образуют 
ФКВ со сплошной световедущей жилой
. 
Сердцевина из кварцевого стекла в оболочке из фотонного кристалла (кварцевое 
стекло с воздушными полостями-каналами) с более низким средним 
коэффициентом преломления к жиле. Действуют два эффекта: 1) полное 
внутренне отражение как в обычном световоде, и 2) зонные свойства фотонного 
кристалла. Количество направляемых мод в сплошной световедущей жиле 
такого волокна определяется только величиной отношения диаметра 
d
воздушных каналов к расстоянию между их осями 
A
. Для случая 
/
0, 2
d A

такие дырчатые волноводы являются одномодовыми во всем спектральном 
диапазоне прозрачности кварца. В таких волокнах все высшие моды кроме мод 
нулевого порядка уходят в оболочку и затухают. Наличие полостей в оболочке 
позволяет более чем на порядок увеличить разность показателя преломления 
световедущей жилы и оболочки по сравнению со стандартным волокном. 
Можно получить в волокне одномодовый режим распространения как с 
большой и малой эффективной площадью поперечного сечения моды, что 
важно для практических применений. 
Второй класс образуют 
ФКВ с полой сердцевиной
. Это волокна с фотонной 
запрещенной зоной в заданном диапазоне длин волн оптического излучения. 
Свет распространяется по сердцевине волокна с показателем преломления 
меньшим, чем средний показатель преломления оболочки, даже в полой 
сердцевине. Это позволяет на несколько порядков увеличить мощность 
вводимого в них излучения и уменьшить потери на нелинейные эффекты. 
Появляется возможность сдвигать длину волны нулевой дисперсии в видимую 

157 
область спектра, обеспечивая условия для солитонных режимов 
распространения видимого света. В обычных волноводах это недостижимо. 
Среди фотонных волокон можно выделить отдельный класс 
ФКВ волокон с 
высокой нелинейностью
(см. рис. 3.19). ФКВ с малой площадью сердцевины и 
большими отверстиями позволяют получать нелинейные эффекты в волокнах с 
малой протяженностью. Высокий контраст показателей преломления 
обеспечивает большое значение волноводной дисперсии, которая может 
использоваться для компенсации материальной дисперсии кварца. Это 
позволяет сместить длину волны нулевой дисперсии в любую точку спектра. 
ФКВ, длина волны нулевой дисперсии, которых лежит в видимой области 
спектра, широко используются для генерации 
спектрального суперконтинуума
(белого света с очень высокой энергетической яркостью).
Рис. 3.19. Структура ФКВ с сильной нелинейностью. Волокно содержит большие размеры 
отверстий, тонкие кварцевые перегородки и малый диаметр сердцевины.[7] 
Когда диаметр воздушных трубок увеличивается, и почти равен расстоянию 
между трубками, свойства ФКВ подобны свойствам кварцевого волокна без 
оболочки. ФКВ, содержащее всего одно кольцо воздушных трубок окружающих 
сердцевину, сочетают сильную нелинейность и малую дисперсию в нужном 
диапазоне длин волн. См. рис. 3.20. 
Рис. 3.20. ФКВ с упрощенной структурой. Центральная жила сплошная, боковые лепестки 
воздушные трубки. а) Сечение волокна. б) Профиль коэффициента преломления. [7] 

158 
Основные преимущества фотонно-кристаллических волокон: 
-Одномодовый режим для всех длин волн излучения; 
-Широкий диапазон изменения площади пятна основной моды-до сотен мкм
2
; 
-Постоянное значение коэффициента дисперсии (дисперсионный наклон равен 
0,002 пс нм
-1
км
-1 
для длин волн 1,3-1,5 мкм) 
-Высокие значения коэффициента дисперсии (2000 пс нм 
-1
км 
-1
для специально 
разработанных структур); 
-Аномальная и нулевая дисперсия для длин волн меньше 1,3 мкм (видимый 
спектр); 
-Высокая нелинейность специальных волокон для генерации гармоник и 
суперконтинуума; 
-Точно управляемая поляризация, дисперсия групповой скорости, спектр 
пропускания и двулучепреломление; 
-Контролируемая локализация поля в воздушных отверстиях. 
Созданы интегральные волноводы на основе фотонных кристаллов ниобата 
лития. На рис. 3.21 представлено изображение канального световода в кристалле 
ниобата лития. Он сформирован методом стандартной диффузии титана. В 
центральной части кристалла создан фотонный кристалл методом ионного 
травления. Диаметр отверстий 215 нм, период - 413 нм. Данный световод 
обладает фотонной запрещенной зоной в интервале от 1200 нм до 1600 нм с 
коэффициентом 
экстинкции
(ослабления = поглощения + рассеяния света) 12 
дБ. 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: