Fotonik Kristal Fiberler Optik İletişimi Dönüştürüyor

Eğer optik lifler artık sadece cam iplikleri değilse, bunun yerine ışığı hassas bir şekilde manipüle edebilen mikroskopik yapılar içeriyor olsaydı hayal edin.Bu vizyon fotonik kristal lif (PCF) teknolojisi sayesinde gerçek oldu, geleneksel fiber sınırlamalarını aşmak için fotonik kristallerin benzersiz özelliklerini kullanan, optik iletişim, lazer teknolojisi,ve algılama uygulamaları.

İlk olarak 1996 yılında Bath Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından kavramlaştırılan fotonik kristal lifler, geleneksel optik liflerden temel bir ayrımı temsil eder.Çekirdek ve kaplama malzemeleri arasındaki kırılma endeksi farklılıklarına dayanan geleneksel liflerin aksine, PCF'ler, kesimlerinde kesin olarak düzenlenmiş mikrostrukturlar (genellikle hava delikleri) aracılığıyla ışığın yayılmasını kontrol eder.

Başlangıçlarından bu yana, PCF teknolojisi birkaç özel türe ayrılmıştır:

• Fotonik bant boşluğu lif:Işığı sınırlamak için fotonik bandgap efektlerini kullanır
• Çukurlu lif:Işık kısıtlama elde etmek için hava delikleri kullanır.
• Delik destekli lif:Hava delikleri aracılığıyla etkili kırılma endeksini değiştirir
• Bragg lifleri:Çok katmanlı ince filmli konsantrik halka yapısı

PCF'ler, ışık kısıtlama mekanizmalarına dayanarak iki ana kategoriye ayrılır:

İndeks yönlendiren PCF:Kaplamadan daha yüksek ortalama kırılma endeksine sahip bir çekirdeğe sahiptir, tipik olarak kaplama bölgesine hava delikleri ekleyerek elde edilir.Geleneksel lifler gibi benzer toplam iç yansıma ilkelerine göre çalışırken, endeks yönlendirme PCF'leri, daha büyük etkili kırılma endeksi farklılıkları sayesinde daha güçlü bir ışık kısıtlamasını sağlar, bu da onları doğrusal olmayan optik cihazlar ve kutuplaşmayı koruyan lifler için ideal hale getirir.

Fotonik bant boşluğu PCF:Dikkatle tasarlanmış fotonik bandgap efektleri ile ışığı kısıtlar.Bu yaklaşım, düşük kırılma endeksi veya içi boş çekirdeklerde bile ışığı yönlendirebilir.Çürük çekirdekli lifler benzersiz avantajlar sunar.katı malzemelerle uyumsuz dalga boylarında iletim ve gaz algılama uygulamaları için potansiyel, hava çekirdeğine analite getirerek.

Fotonik kristal lifler birkaç üstün özelliği göstermektedir:

• Dağınıklık, doğrusal olmayan katsayılar ve çift kırılma dahil olmak üzere optik özellikler üzerinde hassas bir kontrol
• Olağanüstü geniş tek modlu iletim bant genişliği
• Cihaz uygulamaları için geliştirilmiş doğrusal olmayan optik efektler
• Geleneksel olmayan spektral aralıklarda (UV, görünür ışık) iletim
• Çürük çekirdek tasarımları yoluyla gaz algılama yetenekleri

PCF'lerin benzersiz özellikleri çeşitli uygulamaları mümkün kıldı:

• Optik iletişim:Kapasite ve erişim artışı ile ultra geniş bantlı sistemleri mümkün kılmak
• Fiber lazerler:Yüksek güçlü, yüksek verimli lazer sistemleri için kazanç ortamı olarak hizmet eden
• Doğrusal olmayan optik:Süper sürekli jenerasyon, optik anahtarlama ve parametrik amplifikasyonu kolaylaştırmak
• Yüksek güç verimi:Endüstriyel ve tıbbi lazer uygulamaları
• Gaz algılama:Çevre izleme ve endüstriyel güvenlik sistemleri
• Biyomedikal:Gelişmiş görüntüleme ve fotodinamik tedavi

PCF üretimi, geleneksel liflere benzer ama daha karmaşık süreçleri izler:

Preform üretimi:Spesifik mikrostrukturlu santimetre ölçeğinde preformlar, tipik olarak ısıtma sırasında düzenli hava kanallarına füzyon yapan boş boruları yığarak oluşturulur.İlk dönemsel olmayan tasarımlar sondaj / freze teknikleri kullanıldı.

Fiber çizimi:Isıtılmış preformlar, mikrostructure oranlarını hassas bir şekilde korurken mikron ölçekli liflere çekilir.

Silikon, baskın malzeme olmaya devam ederken, araştırmacılar yüksek doğrusal olmayan camlar, polimerler (harcama etkin algılama/ışıklama uygulamaları için),ve orta kızılötesi uygulamaları için chalcogenide camlar.

PCF alanı birkaç umut verici gelişme ile gelişmeye devam ediyor:

• Yeni malzeme araştırması (kalkogenit camlar, polimerler)
• Gelişmiş optik kontrol için gelişmiş mikrostructure tasarımları
• Diğer optik bileşenlerle entegrasyon
• Biyomedikal, çevresel ve savunma uygulamalarına genişleme

Mevcut teknik zorluklar şunları içerir:

• Geleneksel liflerle karşılaştırıldığında daha yüksek zayıflama (0,37 dB/km katı çekirdekte, 1,2 dB/km boş çekirdekte)
• Mükemmel mikrostrüktür kontrolü gerektiren karmaşık üretim
• Daha yüksek üretim maliyetleri

Bu zorluklara rağmen,Fotonik kristal lifler, bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda ışık manipülasyon yeteneklerini yeniden tanımlamaya devam eden dönüştürücü bir optik teknolojisini temsil ediyor..