WikiDer > Оптическое волокно субволнового диаметра

Subwavelength-diameter optical fibre
Волокно с субволновым диаметром обволакивает свет вокруг человеческих волос.

А оптическое волокно субволнового диаметра (SDF или же SDOF) является оптоволокно диаметр которого меньше длины волны света, проходящего через него. SDF обычно состоит из длинных толстых частей (таких же, как у обычных оптических волокон) на обоих концах, переходных областей (конусов), где диаметр волокна постепенно уменьшается до значения субволновой длины, и перетяжки субволновой длины, которая является основной действующей частью. Из-за такого сильного геометрического ограничения управляемый электромагнитное поле в SDF ограничен Один Режим называется фундаментальный.

Имя

Нет единого мнения о том, как следует называть эти оптические элементы; разные группы предпочитают подчеркивать разные свойства таких волокон, иногда даже используя разные термины. Используемые имена включают субволновый волновод,[1] субволновой оптический провод,[2] субволна длина-диаметр кремнезем провод,[3] конус волокна с субволновым диаметром,[4][5] (фотонный) провод волновод,[6][7] фотонная проволока,[8][9][10] фотонный нанопроволока,[11][12][13] оптические нанопроволоки,[14] нанопроволоки оптического волокна,[15] коническое (оптическое) волокно,[16][17][18][19] конус волокна,[20] субмикронный-диаметр кремнеземного волокна,[21][22] ультратонкие оптические волокна,[23] оптический нановолокно,[24][25] оптический микрофибры,[26] субмикронные волоконно-оптические волноводы,[27] микро / нанооптические провода (MNOW).

Период, термин волновод может применяться не только к волокнам, но и к другим волноводным структурам, таким как кремний фотонный субволновые волноводы.[28] Период, термин субмикронный часто является синонимом субволна, поскольку большинство экспериментов проводится с использованием света с длиной волны от 0,5 до 1,6 мкм.[11] Все имена с префиксом нано- несколько вводят в заблуждение, поскольку обычно применяются к объектам с размерами в нанометрах (например, наночастица, нанотехнологии). Характерное поведение SDF проявляется, когда диаметр волокна составляет примерно половину длины волны света. Вот почему термин субволна является наиболее подходящим для этих объектов.[оригинальное исследование?]

Производство

SDF обычно создается путем сужения рекламы, обычно ступенчатый индекс, оптоволокно. Осуществляют этот процесс специальные тянущие машины.

Оптическое волокно обычно состоит из сердечника, облицовка, и защитное покрытие. Перед вытягиванием волокна его покрытие удаляется (т.е. раздетый). Концы оголенного волокна фиксируются на подвижных ступенях «трансляции» на машине. Середина волокна (между ступенями) затем нагревается пламенем (например, горящим кислородно-водород) или лазерный луч; при этом этапы перевода движутся в противоположных направлениях. Стекло плавится и волокно удлиняется, а его диаметр уменьшается.[29]

Используя описанный метод, получают талии длиной от 1 до 10 мм и диаметром до 100 нм. Чтобы свести к минимуму потери света на несвязанные режимы, необходимо контролировать процесс вытягивания так, чтобы углы сужения удовлетворяли адиабатическое состояние[30] не превышая определенного значения, обычно в порядке нескольких миллирадиан. Для этого лазерный луч подводится к волокну, и выходной свет контролируется датчиком. измеритель оптической мощности на протяжении всего процесса. SDF хорошего качества будет передавать более 95% связанного света,[29] большинство потерь из-за рассеяние на дефекты поверхности или загрязнения в области перетяжки.

Если сужающееся волокно равномерно натянуть на неподвижный источник нагрева, полученный SDF будет иметь экспоненциальный радиусный профиль.[31] Во многих случаях удобно иметь цилиндрическую область перетяжки, то есть перетяжку постоянной толщины. Изготовление такого волокна требует постоянной регулировки горячей зоны путем перемещения источника нагрева,[29] и процесс изготовления значительно удлиняется.

Умение обращаться

Будучи чрезвычайно тонким, SDF также чрезвычайно хрупкий. Поэтому SDF обычно устанавливается на специальную раму сразу после вытягивания и никогда не отсоединяется от этой рамы. Обычный способ крепления волокна к держателю - полимерный клей, например эпоксидная смола или оптический клей.

Пыльоднако может прикрепляться к поверхности SDF. Если в волокно подается значительная мощность лазера, частицы пыли будут разбросать свет в мимолетное поле, нагреваются и могут термически повредить поясницу. Чтобы предотвратить это, SDF извлекаются и используются в непыльных средах, таких как проточные боксы или же вакуумные камеры. Для некоторых приложений полезно погрузить только что зауженный SDF в очищенная вода и таким образом предотвратить загрязнение талии.

Приложения

Приложения включают датчики,[32] нелинейная оптика, волоконно-оптические соединители, захват и направление атомов,[25][33][34][35] квантовый интерфейс для обработки квантовой информации,[36][37] полностью оптические переключатели,[38] оптическое манипулирование диэлектрическими частицами.[39][40]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фостер, М. А .; Гаэта, А. Л. (2004). «Сверхнизкопороговая генерация суперконтинуума в субволновых волноводах». Оптика Экспресс. 12 (14): 3137–3143. Bibcode:2004OExpr..12.3137F. Дои:10.1364 / OPEX.12.003137. PMID 19483834. открытый доступ
  2. ^ Jung, Y .; Brambilla, G .; Ричардсон, Д. Дж. (2008). «Широкополосная одномодовая работа стандартных оптических волокон с использованием субволнового оптического проводного фильтра» (PDF). Оптика Экспресс. 16 (19): 14661–14667. Bibcode:2008OExpr..1614661J. Дои:10.1364 / OE.16.014661. PMID 18795003. открытый доступ
  3. ^ Тонг, L .; Gattass, R. R .; Ashcom, J. B .; Он, С .; Lou, J .; Шен, М .; Максвелл, I .; Мазур, Э. (2003). «Проволока из диоксида кремния субволнового диаметра для оптического волновода с низкими потерями» (PDF). Природа. 426 (6968): 816–819. Bibcode:2003Натура 426..816Т. Дои:10.1038 / природа02193. PMID 14685232. S2CID 15048914.
  4. ^ Mägi, E.C .; Fu, L.B .; Nguyen, H.C .; Lamont, M. R .; Yeom, D. I .; Эгглтон, Б. Дж. (2007). «Повышенная керровская нелинейность в диаметре субволновых халькогенидных волокон As2Se3 сужается». Оптика Экспресс. 15 (16): 10324–10329. Bibcode:2007OExpr..1510324M. Дои:10.1364 / OE.15.010324. PMID 19547382. S2CID 14870791. открытый доступ
  5. ^ Zhang, L .; Gu, F .; Lou, J .; Инь, X .; Тонг, Л. (2008). «Быстрое обнаружение влажности с помощью конуса волокна субволнового диаметра, покрытого желатиновой пленкой». Оптика Экспресс. 16 (17): 13349–13353. Bibcode:2008OExpr..1613349Z. Дои:10.1364 / OE.16.013349. PMID 18711572. открытый доступ
  6. ^ Liang, T. K .; Nunes, L.R .; Сакамото, Т .; Sasagawa, K .; Каваниши, Т .; Tsuchiya, M .; Priem, G.R.A .; Van Thourhout, D .; Dumon, P .; Baets, R .; Цанг, Х.К. (2005). «Сверхбыстрая полностью оптическая коммутация за счет модуляции перекрестного поглощения в кремниевых проволочных волноводах». Оптика Экспресс. 13 (19): 7298–7303. Bibcode:2005OExpr..13.7298L. Дои:10.1364 / OPEX.13.007298. HDL:1854 / LU-327594. PMID 19498753. открытый доступ
  7. ^ Эспинола Р., Дадап Дж., Осгуд Р. Младший, Макнаб С., Власов Ю. (2005). «Преобразование длины волны C-диапазона в кремниевых фотонных проволочных волноводах». Оптика Экспресс. 13 (11): 4341–4349. Bibcode:2005OExpr..13.4341E. Дои:10.1364 / OPEX.13.004341. PMID 19495349. открытый доступ
  8. ^ Lizé, Y.K .; Mägi, E.C .; Ta'Eed, V.G .; Bolger, J. A .; Steinvurzel, P .; Эгглтон, Б. (2004). «Микроструктурированные оптоволоконные фотонные провода с субволновым диаметром сердцевины». Оптика Экспресс. 12 (14): 3209–3217. Bibcode:2004OExpr..12.3209L. Дои:10.1364 / OPEX.12.003209. PMID 19483844. открытый доступ
  9. ^ Желтиков, А. (2005). "Гауссовский анализ нелинейности керровского типа оптических волокон и фотонных проводов, усиленной волноводом". Журнал Оптического общества Америки B. 22 (5): 1100. Bibcode:2005JOSAB..22.1100Z. Дои:10.1364 / JOSAB.22.001100. закрытый доступ
  10. ^ Коноров, С.О .; Акимов, Д. А .; Серебрянников, Е.Е .; Иванов, А. А .; Алфимов, М. В .; Дукельский, К. В .; Хохлов, А. В .; Шевандин, В. С .; Кондратьев Ю.Н. Желтиков, А. М. (2005). «Высшие моды фотонных проволок, возбуждаемые черенковским излучением солитонов». Письма о лазерной физике. 2 (5): 258–261. Bibcode:2005ЛаФЛ ... 2..258К. Дои:10.1002 / лапл.200410176. закрытый доступ
  11. ^ а б Фостер, М. А .; Тернер, А. С .; Lipson, M .; Гаэта, А. Л. (2008). «Нелинейная оптика в фотонных нанопроводах». Оптика Экспресс. 16 (2): 1300–1320. Bibcode:2008OExpr..16.1300F. Дои:10.1364 / OE.16.001300. PMID 18542203. открытый доступ
  12. ^ Wolchover, N.A .; Luan, F .; Джордж, А. К .; Knight, J.C .; Оменетто, Ф. Г. (2007). "Стеклянные фотонно-кристаллические нанопроволоки с высокой нелинейностью". Оптика Экспресс. 15 (3): 829–833. Bibcode:2007OExpr..15..829 Вт. Дои:10.1364 / OE.15.000829. PMID 19532307. открытый доступ
  13. ^ Тонг, L .; Hu, L .; Zhang, J .; Qiu, J .; Ян, Q .; Lou, J .; Shen, Y .; He, J .; Е., З. (2006). «Фотонные нанопроволоки, вытянутые прямо из объемных стекол». Оптика Экспресс. 14 (1): 82–87. Bibcode:2006OExpr..14 ... 82T. Дои:10.1364 / OPEX.14.000082. PMID 19503319. открытый доступ
  14. ^ Сивилоглоу, Г. А .; Сунцов, С .; El-Ganainy, R .; Iwanow, R .; Stegeman, G.I .; Christodoulides, D. N .; Морандотти, Р.; Modotto, D .; Локателли, А .; De Angelis, C .; Поцци, Ф .; Стэнли, К. Р .; Сорель, М. (2006). «Усиленные нелинейные эффекты третьего порядка в оптических нанопроволоках AlGaAs». Оптика Экспресс. 14 (20): 9377–9384. Bibcode:2006OExpr..14.9377S. Дои:10.1364 / OE.14.009377. PMID 19529322. открытый доступ
  15. ^ «Группа оптических волоконных нанопроводов и сопутствующих устройств». Саутгемптонский университет. Архивировано из оригинал 20 февраля 2007 г.
  16. ^ Dumais, P .; Gonthier, F .; Lacroix, S .; Bures, J .; Вильнёв, А .; Wigley, P.G.J .; Стегеман, Г. И. (1993). «Улучшенная фазовая самомодуляция в конических волокнах». Письма об оптике. 18 (23): 1996. Bibcode:1993OptL ... 18.1996D. Дои:10.1364 / OL.18.001996. PMID 19829470. закрытый доступ
  17. ^ Cordeiro, C.M.B .; Wadsworth, W. J .; Биркс, Т. А .; Рассел, П. С. Дж. (2005). «Разработка дисперсии конических волокон для генерации суперконтинуума с помощью лазера накачки 1064 нм». Письма об оптике. 30 (15): 1980–1982. Bibcode:2005 ОптL ... 30.1980C. Дои:10.1364 / OL.30.001980. PMID 16092239. закрытый доступ
  18. ^ Дадли, Дж. М .; Коэн, С. (2002). «Численное моделирование и когерентные свойства генерации суперконтинуума в фотонных кристаллах и конических оптических волокнах». IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 8 (3): 651–659. Bibcode:2002IJSTQ ... 8..651D. Дои:10.1109 / JSTQE.2002.1016369. закрытый доступ
  19. ^ Колесик, М .; Райт, Э. М .; Молони, Дж. В. (2004). «Моделирование распространения фемтосекундных импульсов в конических волокнах субмикронного диаметра». Прикладная физика B. 79 (3): 293–300. Дои:10.1007 / s00340-004-1551-1. S2CID 123400021. закрытый доступ
  20. ^ Wadsworth, W. J .; Ортигоса-Бланш, А .; Knight, J.C .; Биркс, Т. А .; Человек, Т. -П. М .; Рассел, П. С. Дж. (2002). «Генерация суперконтинуума в фотонно-кристаллических волокнах и конусах оптических волокон: новый источник света». Журнал Оптического общества Америки B. 19 (9): 2148. Bibcode:2002JOSAB..19.2148W. Дои:10.1364 / JOSAB.19.002148. открытый доступ
  21. ^ Shi, L .; Чен, X .; Liu, H .; Chen, Y .; Ye, Z .; Liao, W .; Ся, Ю. (2006). «Изготовление кремнеземных волокон субмикронного диаметра с использованием электрического ленточного нагревателя». Оптика Экспресс. 14 (12): 5055–5060. Bibcode:2006OExpr..14.5055S. Дои:10.1364 / OE.14.005055. PMID 19516667. S2CID 12286605. открытый доступ
  22. ^ Mägi, E .; Steinvurzel, P .; Эгглтон, Б. (2004). «Конические фотонно-кристаллические волокна». Оптика Экспресс. 12 (5): 776–784. Bibcode:2004OExpr..12..776M. Дои:10.1364 / OPEX.12.000776. PMID 19474885. открытый доступ
  23. ^ Sagué, G .; Baade, A .; Раушенбойтель, А. (2008). «Поверхностные ловушки с затухающим полем для нейтральных атомов с отстройкой от синего цвета на основе интерференции мод в ультратонких оптических волокнах». Новый журнал физики. 10 (11): 113008. arXiv:0806.3909. Bibcode:2008NJPh ... 10k3008S. Дои:10.1088/1367-2630/10/11/113008. S2CID 18601905. открытый доступ
  24. ^ Nayak, K. P .; Мелентьев, П. Н .; Morinaga, M .; Kien, F. L .; Балыкин, В. И .; Хакута, К. (2007). «Оптическое нановолокно как эффективный инструмент для манипулирования и исследования атомной флуоресценции». Оптика Экспресс. 15 (9): 5431–5438. Bibcode:2007OExpr..15.5431N. Дои:10.1364 / OE.15.005431. PMID 19532797. открытый доступ
  25. ^ а б Моррисси, Майкл Дж .; Дизи, Киран; Фроули, Мэри; Кумар, Рави; Прель, Евгений; Рассел, Лаура; Чыонг, Вьет-Джанг; Ник Хормайк, Síle (август 2013 г.). «Спектроскопия, манипулирование и захват нейтральных атомов, молекул и других частиц с использованием оптических нановолокон: обзор». Датчики. 13 (8): 10449–10481. Дои:10,3390 / с130810449. ЧВК 3812613. PMID 23945738.
  26. ^ Сюй, Ф .; Horak, P .; Брамбилла, Г. (2007). «Оптический рефрактометрический датчик с катушкой из микрофибры» (PDF). Оптика Экспресс. 15 (12): 7888–7893. Bibcode:2007OExpr..15.7888X. Дои:10.1364 / OE.15.007888. PMID 19547115. открытый доступ
  27. ^ Леон-Саваль, С.Г .; Биркс, Т. А .; Wadsworth, W. J .; St j Russell, P .; Мейсон, М. В. (2004). «Генерация суперконтинуума в волоконных субмикронных волноводах». Оптика Экспресс. 12 (13): 2864–2869. Bibcode:2004OExpr..12.2864L. Дои:10.1364 / OPEX.12.002864. PMID 19483801. открытый доступ
  28. ^ Koos, C .; Jacome, L .; Poulton, C .; Leuthold, J .; Фройд, В. (2007). «Нелинейные волноводы кремний на изоляторе для полностью оптической обработки сигналов» (PDF). Оптика Экспресс. 15 (10): 5976–5990. Bibcode:2007OExpr..15.5976K. Дои:10.1364 / OE.15.005976. HDL:10453/383. PMID 19546900. открытый доступ
  29. ^ а б c Ward, J.M .; Maimaiti, A .; Le, Vu H .; Чормаик, С. Ник (01.11.2014). «Авторский обзор: установка для вытягивания оптических микро- и нановолокон». Обзор научных инструментов. 85 (11): 111501. Дои:10.1063/1.4901098. ISSN 0034-6748.
  30. ^ Любовь, J.D .; Генри, W.M .; Стюарт, W.J .; Black, R.J .; Lacroix, S .; Гонтье, Ф. (1991). «Конические одномодовые волокна и устройства. Часть 1: Критерии адиабатичности». IEE Proceedings J Optoelectronics. 138 (5): 343. Дои:10.1049 / ip-j.1991.0060. ISSN 0267-3932.
  31. ^ kenny, R.P .; Birks, T.A .; Окли, К. (1991). «Контроль формы конуса оптического волокна». Письма об электронике. 27 (18): 1654. Дои:10.1049 / el: 19911034. ISSN 0013-5194.
  32. ^ Nayak, K. P .; Мелентьев, П. Н .; Morinaga, M .; Ле Киен, Фам; Балыкин, В. И .; Хакута, К. (2007). «Оптическое нановолокно как эффективный инструмент для манипуляции и исследования атомной флуоресценции». Оптика Экспресс. 15 (9): 5431–5438. Bibcode:2007OExpr..15.5431N. Дои:10.1364 / OE.15.005431. PMID 19532797.
  33. ^ Dawkins, S.T .; Mitsch, R .; Reitz, D .; Vetsch, E .; Раушенбойтель, А. (2011). «Дисперсный оптический интерфейс на основе атомов, захваченных нановолокном». Phys. Rev. Lett. 107 (24): 243601. arXiv:1108.2469. Bibcode:2011ПхРвЛ.107x3601Д. Дои:10.1103 / PhysRevLett.107.243601. PMID 22242999. S2CID 16246674.
  34. ^ Гобан, А .; Choi, K. S .; Alton, D. J .; Ding, D .; Lacroûte, C .; Поточниг, М .; Thiele, T .; Stern, N.P .; Кимбл, Х. Дж. (2012). «Демонстрация нечувствительной к государству компенсированной ловушки из нановолокна». Phys. Rev. Lett. 109 (3): 033603. arXiv:1203.5108. Bibcode:2012PhRvL.109c3603G. Дои:10.1103 / PhysRevLett.109.033603. PMID 22861848. S2CID 10085166.
  35. ^ Ниедду, Томас; Гохроо, Вандна; Chormaic, Síle Nic (14 марта 2016 г.). «Оптические нановолокна и нейтральные атомы». Журнал оптики. 18 (5): 053001. Дои:10.1088/2040-8978/18/5/053001. ISSN 2040-8978.
  36. ^ См., Например, теоретический анализ с приложениями для уточнения квантовое неразрушающее измерениеЦи, Сяодун; Baragiola, Ben Q .; Jessen, Poul S .; Дойч, Иван Х. (2016). «Дисперсионный отклик атомов, захваченных вблизи поверхности оптического нановолокна, с приложениями к квантовым измерениям без разрушения и сжатию спина». Физический обзор A. 93 (2): 023817. arXiv:1509.02625. Bibcode:2016PhRvA..93b3817Q. Дои:10.1103 / PhysRevA.93.023817. S2CID 17366761.
  37. ^ Солано, Пабло; Гровер, Джеффри А .; Хоффман, Джонатан Э .; Равец, Сильвен; Фатеми, Фредрик К .; Orozco, Luis A .; Ролстон, Стивен Л. (01.01.2017), Аримондо, Эннио; Lin, Chun C .; Елин, Сюзанна Ф. (ред.), «Глава седьмая - Оптические нановолокна: новая платформа для квантовой оптики», Достижения в атомной, молекулярной и оптической физике, Academic Press, 66, стр. 439–505, Дои:10.1016 / bs.aamop.2017.02.003 & v = 0ae9236f, получено 2020-10-15
  38. ^ Ле Киен, Фам; Раушенбойтель, А. (2016). «Полностью оптические переключатели на основе нановолокна». Phys. Ред. А. 93 (1): 013849. arXiv:1604.05782. Bibcode:2016PhRvA..93a3849L. Дои:10.1103 / PhysRevA.93.013849. S2CID 119287411.
  39. ^ Brambilla, G .; Муруган, Дж. Сентил; Wilkinson, J. S .; Ричардсон, Д. Дж. (2007-10-15). «Оптическое манипулирование микросферами по субволновому оптическому проводу». Письма об оптике. 32 (20): 3041–3043. Дои:10.1364 / OL.32.003041. ISSN 1539-4794.
  40. ^ Дэли, Марк; Чыонг, Вьет-Джанг; Chormaic, Síle Nic (27.06.2016). «Улавливание наночастиц в непрерывном поле с использованием наноструктурированных ультратонких оптических волокон». Оптика Экспресс. 24 (13): 14470–14482. Дои:10.1364 / OE.24.014470. ISSN 1094-4087.