فیبر کریستالی فوتونیک تکنولوژی منبع نور دقیق را پیشرفت می دهد

تصور کنید یک منبع نور که طیف گسترده نور خورشید را با کنترل دقیق فیبرهای نوری میکروسکوپی ترکیب می‌کند. این فناوری متحول‌کننده امروزه به عنوان منابع نور فوق‌پیوسته (SC) وجود دارد، با فیبرهای کریستال فوتونی (PCFs) که به عنوان جزء حیاتی عمل می‌کنند و عملکرد قابل توجه آن‌ها را ممکن می‌سازند.

فیبر کریستال فوتونی: قلب تولید فوق‌پیوسته

فیبرهای کریستال فوتونی نشان‌دهنده یک پیشرفت در مهندسی نوری هستند. این فیبرهای ریزساختاری دارای یک لایه غلاف هستند که از سوراخ‌های هوای مرتب شده دوره‌ای تشکیل شده است و مزایای منحصربه‌فردی را نسبت به فیبرهای نوری معمولی به آن‌ها اعطا می‌کند:

• کنترل نوری دقیق: با تنظیم اندازه، فاصله و آرایش سوراخ‌های هوا، مهندسان می‌توانند مشخصات ضریب شکست و ویژگی‌های پراکندگی فیبر را برای برآورده کردن الزامات کاربردی خاص تنظیم کنند.
• افزایش اثرات غیرخطی: قطر هسته فوق‌العاده کوچک PCFها، چگالی توان بسیار بالایی ایجاد می‌کند و پدیده‌های نوری غیرخطی را که برای تولید فوق‌پیوسته حیاتی هستند، تسهیل می‌کند.
• عملکرد تک‌حالت پهن‌باند: PCFها انتقال تک‌حالت را در محدوده‌های وسیع طول موج حفظ می‌کنند که برای برنامه‌هایی که کیفیت پرتو بالایی را طلب می‌کنند، ضروری است.

منابع نور فوق‌پیوسته، طیف‌های فوق‌العاده وسیعی تولید می‌کنند که از طول موج‌های فرابنفش تا مادون قرمز را در بر می‌گیرند. کاربردهای آن‌ها در حال تغییر دادن چندین زمینه علمی و صنعتی است:

• طیف‌سنجی: به عنوان روشنایی پهن‌باند برای اندازه‌گیری‌های جذب و فلورسانس عمل می‌کند.
• توموگرافی انسجام نوری (OCT): امکان تصویربرداری با وضوح بالا و بافت عمیق برای تشخیص‌های پزشکی را فراهم می‌کند.
• مالتی‌پلکس تقسیم طول موج (WDM): افزایش ظرفیت مخابرات با حمل کانال‌های چند طول موج.
• سیستم‌های LIDAR: افزایش قابلیت‌های تشخیص و تصویربرداری هدف از راه دور.

تولید دقیق: هنر ساخت PCF

این تحقیق بر ساخت PCFها از طریق روش‌های انباشت مویرگی متمرکز است و در عین حال فرآیندهای کشش را برای دستیابی به کنترل دقیق بر ابعاد و فاصله سوراخ‌ها بهینه می‌کند. ساخت شامل دو مرحله حیاتی است:

1. مونتاژ پیش‌فرم: مویرگ‌های سیلیس با خلوص بالا با دقت انباشته می‌شوند تا یک پیش‌فرم با ساختار سوراخ هوای مورد نظر ایجاد شود.

2. کشش فیبر: پیش‌فرم تحت حرارت کنترل‌شده در یک کوره تخصصی قرار می‌گیرد و قبل از کشیده شدن به شکل فیبر، حرارت می‌بیند. تنظیم دقیق سرعت کشش، دمای کوره و فشار گاز، ابعاد و فاصله یکنواخت سوراخ‌ها را در طول فیبر تضمین می‌کند.

تکنیک‌های کنترل سوراخ: فشار در مقابل آب‌بندی

دو رویکرد مجزا برای حفظ یکپارچگی سوراخ در طول ساخت مورد بررسی قرار گرفت:

روش فشار دادن: معرفی گاز آرگون به کانال‌های هوا در حین کشش به حفظ ساختار سوراخ کمک می‌کند. با این حال، نتایج تجربی نشان داد که این تکنیک اغلب باعث فروپاشی سوراخ‌های محیطی می‌شود و یکنواختی فیبر را به خطر می‌اندازد.

روش آب‌بندی: بستن تمام دهانه‌های مویرگی از نفوذ هوا در حین کشش جلوگیری می‌کند. این رویکرد یکنواختی برتری را نشان داد، اگرچه هنوز هم مقداری فروپاشی سوراخ رخ داد. محققان پیشنهاد می‌کنند که افزایش سرعت کشش و کاهش مدت زمان حرارت می‌تواند نتایج را بیشتر بهبود بخشد.

تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای برتری روش آب‌بندی را برای تولید PCFهای با یکنواختی بالا تأیید کرد. تحقیقات آینده بر بهینه‌سازی پارامترهای کشش—از جمله تنظیمات سرعت و کنترل دقیق دما—برای افزایش قوام و عملکرد فیبر متمرکز خواهد بود و پایه و اساس منابع فوق‌پیوسته نسل بعدی را بنا خواهد کرد.