Студопедия — Оптические волокна с фотонно-кристаллической структурой.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Оптические волокна с фотонно-кристаллической структурой.






Создание оптического волокна на основе кварцевого стекла позволило системам магистральной связи снять ограничения на скорость передачи и ширину полосы пропускания. коэффициент затухания упал и сигнал стало возможным передавать на сотни километров без регенерации. В настоящее время ведутся поиски новых перспективных волокон в том числе фотонно-кристаллических.

Фотонно-кристаллическое волокна (ФКВ) - это волокна, оболочка которых представляет двумерный - фотонный кристалл с точечным дефектом, расположенным в центре симметрии оптического волокна. Волокно в поперечном сечении обладает периодической структурой, состоящей из множества периодически расположенных микроскопических полых капилляров в виде круглых или шестигранных плотноупакованных трубок создающих в поперечном сечении волокна периодическую двумерную микрорешетку. Эти каналы, расположенные по всей длине волокна (капилляров) локально уменьшают показатель преломления вокруг сердцевины и эффективно заменяют оболочку нормального сплошного волокна. Период и характерный размер элементов структуры волокна меньше длины волны видимого и инфракрасного (ИК)излучения.

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 игнатов 103с.

 

Рис.Поперечное сечение фотонно-кристаллических волокон. а) Слева -поперечное сечение ФКВ со сплошной световедущей жилой в центре.б) Справа- поперечное сечение ФКВ с полой световедущей жилой в центре.

Рис.Структура сечения двумерного ФКВ легированной стеклянной сердцевиной в центре простой шестигранной центрированной ячейки. Это увеличенный размер предыдущего рис б).

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 воздушных каналов к расстоянию между их осями . Для случая 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, что 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 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. 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 Структура ФКВ с сильной нелинейностью. Волокно содержит большие размеры отверстий, тонкие кварцевые перегородки и малый диаметр сердцевины.

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

 

Рис ФКВ с упрощенной структурой. Центральная жила сплошная, боковые лепестки воздушные трубки. а) Сечение волокна. б) профиль коэффициента преломления.

Основные преимущества фотонно-кристаллических волокон:

-одномодовый режим для всех длин волн излучения;

-широкий диапазон изменения площади пятна основной моды-до сотен мкм2;

-постоянное значение коэффициента дисперсии (дисперсионный наклон равен 0,002 пс нм-1км-1 для длин волн 1,3-1,5 мкм)

Высокие значения коэффициента дисперсии(2000 пс нм -1 км -1для 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 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 12 дБ. Рис чап292

Рис Изображение интегрального волновода на основе фотонного кристалла в .







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 623. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Уравнение волны. Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение. Уравнение сферической волны Уравнением упругой волны называют функцию , которая определяет смещение любой частицы среды с координатами относительно своего положения равновесия в произвольный момент времени t...

Медицинская документация родильного дома Учетные формы родильного дома № 111/у Индивидуальная карта беременной и родильницы № 113/у Обменная карта родильного дома...

Основные разделы работы участкового врача-педиатра Ведущей фигурой в организации внебольничной помощи детям является участковый врач-педиатр детской городской поликлиники...

Методика обучения письму и письменной речи на иностранном языке в средней школе. Различают письмо и письменную речь. Письмо – объект овладения графической и орфографической системами иностранного языка для фиксации языкового и речевого материала...

Классификация холодных блюд и закусок. Урок №2 Тема: Холодные блюда и закуски. Значение холодных блюд и закусок. Классификация холодных блюд и закусок. Кулинарная обработка продуктов...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия