|
Читайте также: |
В 1998 году появились сообщения о разработке трехмерных микроскопических структур, получивших название фотонной решетки. Микроскопические кристаллы, созданные на основе кремния, передают свет в оптическом диапазоне с минимальными потерями по различным траекториям с изгибом под прямым углом в заданную точку.Кристалл представляет собой пачку тонких кремниевых двухмерных дифракционных решеток, каждый слой которой повернут на 90° относительно соседнего. Число слоев исчисляется десятками. Что представляет собой набор слоев? Это пленочные светопрозрачные материалы с различными показателями преломления и различной толщины (рисунок 9.22).
Рисунок 9.22 Пример отражения волн в пакете тонких пленок
При нормальном падении света на плоскую границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 амплитудные коэффициенты отражения и пропускания света r и t определяются разностью показателей преломления
r = (n1-n2)/(n1+n2), t = 2n1/n1+n2. (9.3)
Если n1>n2, то коэффициент r>0, а в противном случае он отрицателен. Рассмотрим падение световой волны перепендикулярно набору светопропускающих слоёв. При отражении света от пленки толщиной d2 с показателем преломления n2, ограниченной с обеих сторон средами с показателем преломления n1, свет частично отражается от первой границы (с коэффициентом r), частично проходит (с коэффициентом t) и доходит до второй границы, набирая фазу 2 π n2 d2 /λ0, отражается от второй границы с коэффициентом –r, возвращается к первой границе, снова набирая фазу 2 π n2 d2 /λ0, и выходит наружу. Т.о., фаза волны, отраженной от первой границы, и фаза волны, прошедшей внутрь плёнки, отраженной от второй границы, и вернувшейся к первой границе, отличаются на величину ∆φ = 4 π n2 d2 /λ0 + π. Если разность фаз ∆φ =2 π, то волны, отраженные от первой и второй границ, будут усиливать друг друга. Это возможно, если оптическая толщина пленки равна четверти длины волны
N2d2=λ0/4. (9.4)
Если увеличить число слоев пар с показателями преломления n1 и n2, то коэффициент отражения света от структур увеличивается, а интенсивность света в толщине структур, экспоненциально уменьшается. Такие структуры получили название брэгговских отражателей. Один из примеров использования таких фотонных кристаллов приведен в конструкции лазера с вертикальными резонаторами.
Возможности по применению фотонных кристаллов многочисленны: создание световодных каналов в виде в волокон и управляемых волноводов; спектральное мультиплексирование и демультиплексирование для оптических сетей; кроссирование световых волн, которое необходимо для создания оптических процессов [86]. Пример фотонных кристаллов в виде волокон рассмотрен ниже.
Волокна с фотонно-кристаллической оболочкой (holey fibers, photonic crystal fibers) - новый тип оптических волноводов, чьи уникальные свойства представляют особенный интерес в контексте возможности решения насущных проблем современной оптики, лазерной физики, фотоники и телекоммуникаций. Эти волокна обычно изготавливаются из стекла, кварца или прозрачной пластмассы путем перетяжки из преформы, образованной из плотно упакованных трубок и стержней, собранной в соответствии с поперечным сечением волокна. В зависимости от структуры поперечного сечения, эти волокна имеют различные свойства, такие как одномодовый режим распространения в широком спектральном диапазоне, большая/малая площадь модового пятна для увеличения/уменьшения нелинейных эффектов, низкие или высокие потери на сгибах, высокая нелинейность для генерации гармоник и суперконтинуума, точно управляемые поляризация, дисперсия групповой скорости, спектр пропускания и двулучепреломление. Волокна этого типа имеют ряд преимуществ перед обычными кварцевыми световодами:
контролируемая локализация поля в воздушных отверстиях.
Кроме того, области применения этих волокон многообразны:
Материал(ы) для производства волокон: оптическое стекло, композиция из стекол, композиция из стекол и металлов. Процессы: двух или трех фазное вытягивание стеклооптических полых капиллярных пучков, заполнение промежутков тесно упакованных волокон. В таблице 9.5 приведены геометрические характеристики пяти видов фотонно-кристаллических волокон [124].
Таблица 9.5 Геометрические характеристики фотонно-кристаллических волокон
| Характеристики | |||||
| Интервал между отверстиями, мкм | 0.4 | ||||
| Диаметр отверстий, мкм | 0.2 | ||||
| Внешний диаметр волокна, мкм | 125/400 | 125/400 | 125/400 | 125/400 | 125/400 |
На рисунке 9.23 представлена конструкция фотонного волокна в разрезе при значительном увеличении (более чем в 1000раз).
Рисунок 9.23 Конструкция волокна первого типа с одной сердцевиной в разрезе
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 91 | Нарушение авторских прав