Fibra optică cu diametru de undă sub-undă - Subwavelength-diameter optical fibre
O fibră optică subwavelength diametru ( SDF sau unidirecțională ) este o fibră optică , al cărui diametru este mai mic decât lungimea de undă a luminii fiind propagat prin ea. Un SDF constă de obicei din părți lungi și groase (la fel ca fibrele optice convenționale) la ambele capete, regiuni de tranziție (conice) în care diametrul fibrei scade treptat până la valoarea lungimii de undă și o talie de lungime de undă, care este partea principală care acționează. Datorită unei confinări geometrice atât de puternice, câmpul electromagnetic ghidat într-un SDF este limitat la un singur mod numit fundamental .
Nume
Nu există un acord general cu privire la modul în care aceste elemente optice trebuie denumite; diferite grupuri preferă să sublinieze diferite proprietăți ale acestor fibre, uneori chiar folosind termeni diferiți. Denumirile utilizate includ ghid de undă de lungime de undă, fir optic de lungime de undă, fir de siliciu cu diametru de undă de undă , diametru de undă de fibră conică, ghid de undă ( fotonic ) , fir fotonic , nanofir fotonic , nanofire optică, nanofire de fibră optică, fibră conică (optică), conicitate de fibră , fibre de siliciu submicron- diametru, fibre optice ultra-subțiri, nanofibre optice , microfibre optice , ghiduri de undă din fibre submicronice, fire micro / nano optice (ACUM).
Termenul de ghid de undă poate fi aplicat nu numai fibrelor, ci și altor structuri de ghidare a undelor, cum ar fi ghidurile de undă cu lungime de undă fotonică din siliciu . Termenul submicronice este adesea sinonim cu subwavelength , deoarece majoritatea experimentelor sunt efectuate folosind lumina cu o lungime de undă între 0,5 și 1,6 pm. Toate denumirile cu prefixul nano- sunt oarecum înșelătoare, deoarece se aplică de obicei obiectelor cu dimensiuni pe scara nanometrelor (de exemplu, nanoparticule , nanotehnologie ). Comportamentul caracteristic al SDF apare atunci când diametrul fibrei este de aproximativ jumătate din lungimea de undă a luminii. De aceea termenul de lungime de undă este cel mai potrivit pentru aceste obiecte.
de fabricație
Un SDF este, de obicei, creat prin reducerea conului unei fibre optice comerciale, de obicei cu index de pași . Mașinile speciale de tragere realizează procesul.
O fibră optică constă de obicei dintr-un miez, o placare și un strat protector. Înainte de a trage o fibră, învelișul acesteia este îndepărtat (adică, fibra este dezbrăcată ). Capetele fibrei goale sunt fixate pe trepte mobile de „translare” de pe aparat. Mijlocul fibrei (între etape) este apoi încălzit cu o flacără (cum ar fi arderea oxidrogenului ) sau cu un fascicul laser ; în același timp, etapele de traducere se deplasează în direcții opuse. Sticla se topește și fibra este alungită, în timp ce diametrul său scade.
Folosind metoda descrisă, se obțin talii între 1 și 10 mm lungime și diametre până la 100 nm. Pentru a minimiza pierderile de lumină la modurile nelegate , trebuie să controlați procesul de tragere, astfel încât unghiurile de conicitate să satisfacă condiția adiabatică prin faptul că nu depășesc o anumită valoare, de obicei în ordinea câtorva miliradian . În acest scop, un fascicul laser este cuplat la fibra trasă și lumina de ieșire este monitorizată de un contor optic de putere pe tot parcursul procesului. Un SDF de bună calitate ar transmite peste 95% din lumina cuplată, majoritatea pierderilor fiind cauzate de împrăștierea pe suprafață a imperfecțiunilor sau impurităților din regiunea taliei.
Dacă fibra conică este trasă uniform peste o sursă de încălzire staționară, SDF rezultat are un profil de rază exponențială . În multe cazuri, este convenabil să aveți o regiune cilindrică a taliei, adică talia unei grosimi constante. Fabricarea unei astfel de fibre necesită ajustări continue ale zonei fierbinți prin mutarea sursei de încălzire, iar procesul de fabricare devine semnificativ mai lung.
Manipularea
Fiind extrem de subțire, un SDF este, de asemenea, extrem de fragil. Prin urmare, un SDF este de obicei montat pe un cadru special imediat după tragere și nu este niciodată detașat de acest cadru. Modul obișnuit de a fixa o fibră pe suport este printr-un adeziv polimeric, cum ar fi o rășină epoxidică sau un adeziv optic .
Cu toate acestea, praful se poate atașa la suprafața unui SDF. Dacă o putere semnificativă a laserului este cuplată în fibră, particulele de praf vor împrăștia lumina în câmpul evanescent , se vor încălzi și vor distruge termic talia. Pentru a preveni acest lucru, SDF-urile sunt trase și utilizate în medii fără praf, cum ar fi cutii de flux sau camere de vid . Pentru unele aplicații, este util să scufundați SDF proaspăt conic în apă purificată și astfel să preveniți contaminarea taliei.
Aplicații
Aplicațiile includ senzori, optică neliniară, cuplaje cu fibre, captare și ghidare a atomilor, interfață cuantică pentru prelucrarea cuantică a informațiilor, comutatoare complet optice, manipulare optică a particulelor dielectrice.