Оптическое волокно субволнового диаметра
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2016 г. ) |
Оптическое волокно субволнового диаметра ( SDF или SDOF ) — это оптическое волокно , диаметр которого меньше длины волны распространяющегося по нему света. SDF обычно состоит из длинных толстых частей (таких же, как и обычные оптические волокна) на обоих концах, переходных областей (конусов), где диаметр волокна постепенно уменьшается до субволнового значения, и перетяжки субволнового диаметра, которая является основной действующей частью. Из-за такого сильного геометрического ограничения направленное электромагнитное поле в SDF ограничено одной модой , называемой фундаментальной .
Имя
[ редактировать ]Не существует общего согласия относительно того, как следует называть эти оптические элементы; разные группы предпочитают подчеркивать разные свойства таких волокон, иногда даже используя разные термины. Используемые названия включают субволновой волновод, [1] субволновой оптический провод, [2] проволока субволнового диаметра кварцевая , [3] конусность волокна субволнового диаметра, [4] [5] ( фотонный ) проволочный волновод , [6] [7] фотонный провод, [8] [9] [10] фотонная нанопроволока , [11] [12] [13] оптические нанопровода, [14] нанопровода оптического волокна, [15] коническое (оптическое) волокно, [16] [17] [18] [19] конусность волокна, [20] субмикронного диаметра, кварцевое волокно [21] [22] ультратонкие оптические волокна, [23] оптическое нановолокно , [24] [25] оптические микроволокна , [26] субмикронные волоконные волноводы, [27] микро/нано оптические провода (MNOW).
Термин «волновод» можно применять не только к волокнам, но и к другим волноводным структурам, таким как кремниевые фотонные субволновые волноводы. [28] Термин субмикрон часто является синонимом субволновой длины , поскольку большинство экспериментов проводится с использованием света с длиной волны от 0,5 до 1,6 мкм. [11] Все названия с приставкой нано- несколько вводят в заблуждение, поскольку обычно оно применяется к объектам с размерами в масштабе нанометров (например, наночастица , нанотехнология ). Характерное поведение SDF проявляется, когда диаметр волокна составляет около половины длины волны света. Поэтому термин «субволновая длина» является наиболее подходящим для этих объектов. [ оригинальное исследование? ]
Производство
[ редактировать ]SDF обычно создается путем сужения коммерческого оптического волокна, обычно со ступенчатым индексом . Эту работу выполняют специальные тянущие машины.
Оптическое волокно обычно состоит из сердцевины, оболочки и защитного покрытия. Перед выдергиванием волокна удаляется его покрытие (т.е. волокно зачищается ) . Концы оголенного волокна фиксируются на подвижных «трансляционных» платформах машины. Середину волокна (между ступенями) затем нагревают пламенем (например, горящим грейфером ) или лазерным лучом ; при этом этапы перевода движутся в противоположных направлениях. Стекло плавится, волокно удлиняется, а его диаметр уменьшается. [29]
Используя описанный метод, получают перетяжки длиной от 1 до 10 мм и диаметром до 100 нм. Чтобы минимизировать потери света на несвязанные моды , необходимо управлять процессом вытягивания так, чтобы углы сужения удовлетворяли условию адиабаты. [30] не превышая определенного значения, обычно порядка нескольких миллирадиан . Для этого к вытягиваемому волокну подводится лазерный луч, а выходной свет контролируется измерителем оптической мощности на протяжении всего процесса. SDF хорошего качества пропускает более 95% связанного света. [29] большая часть потерь происходит из-за рассеяния на поверхностных дефектах или примесях в перетяжной области.
Если сужающееся волокно равномерно натянуть на стационарный источник тепла, полученная SDF будет иметь экспоненциальный профиль радиуса. [31] Во многих случаях удобно иметь цилиндрическую перетяжку, то есть перетяжку постоянной толщины. Изготовление такого волокна требует постоянной регулировки горячей зоны путем перемещения источника нагрева. [29] и процесс изготовления становится значительно дольше.
Умение обращаться
[ редактировать ]Будучи чрезвычайно тонким, SDF также чрезвычайно хрупкий. Поэтому СДФ обычно монтируется на специальную раму сразу после вытаскивания и никогда от этой рамы не отсоединяется. Обычным способом крепления волокна к креплению является использование полимерного клея, такого как эпоксидная смола или оптический клей .
Однако пыль может прилипать к поверхности SDF. Если в волокно подается лазер значительной мощности, частицы пыли будут рассеивать свет в затухающем поле , нагреваться и могут термически разрушить перетяжку. Чтобы предотвратить это, SDF вытаскивают и используют в средах, свободных от пыли, например, в проточных камерах или вакуумных камерах . В некоторых случаях полезно погрузить только что суженный SDF в очищенную воду и таким образом защитить пояс от загрязнения.
Приложения
[ редактировать ]Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( сентябрь 2016 г. ) |
Приложения включают датчики, [32] нелинейная оптика, волоконные соединители, захват и направление атомов, [25] [33] [34] [35] квантовый интерфейс для квантовой обработки информации, [36] [37] полностью оптические переключатели, [38] оптическое манипулирование диэлектрическими частицами. [39] [40]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фостер, Массачусетс; Гаэта, Ал. (2004). «Сверхнизкопороговая генерация суперконтинуума в субволновых волноводах» . Оптика Экспресс . 12 (14): 3137–3143. Бибкод : 2004OExpr..12.3137F . дои : 10.1364/OPEX.12.003137 . ПМИД 19483834 .
- ^ Юнг, Ю.; Брамбилла, Г.; Ричардсон, диджей (2008). «Широкополосная одномодовая работа стандартных оптических волокон с использованием субволнового оптического проволочного фильтра» (PDF) . Оптика Экспресс . 16 (19): 14661–14667. Бибкод : 2008OExpr..1614661J . дои : 10.1364/OE.16.014661 . ПМИД 18795003 .
- ^ Тонг, Л.; Гаттасс, РР; Аском, Дж.Б.; Он, С.; Лу, Дж.; Шен, М.; Максвелл, И.; Мазур, Э. (2003). «Кварцевые провода субволнового диаметра для проведения оптических волн с низкими потерями» (PDF) . Природа . 426 (6968): 816–819. Бибкод : 2003Natur.426..816T . дои : 10.1038/nature02193 . ПМИД 14685232 . S2CID 15048914 .
- ^ Мяги, ЕС; Фу, Л.Б.; Нгуен, ХК; Ламонт, MR; Йом, ДИ; Эгглтон, Би Джей (2007). «Увеличенная нелинейность Керра в конусах халькогенидного волокна As2Se3 субволнового диаметра» . Оптика Экспресс . 15 (16): 10324–10329. Бибкод : 2007OExpr..1510324M . дои : 10.1364/OE.15.010324 . ПМИД 19547382 . S2CID 14870791 .
- ^ Чжан, Л.; Гу, Ф.; Лу, Дж.; Инь, Х.; Тонг, Л. (2008). «Быстрое обнаружение влажности с помощью конусного волокна субволнового диаметра, покрытого желатиновой пленкой» . Оптика Экспресс . 16 (17): 13349–13353. Бибкод : 2008OExpr..1613349Z . дои : 10.1364/OE.16.013349 . ПМИД 18711572 .
- ^ Лян, ТК; Нуньес, ЛР; Сакамото, Т.; Сасагава, К.; Каваниши, Т.; Цучия, М.; Прием, ГРА; Ван Турхаут, Д.; Дюмон, П.; Баец, Р.; Цанг, Гонконг (2005). «Сверхбыстрое полностью оптическое переключение за счет модуляции перекрестного поглощения в кремниевых проводных волноводах» . Оптика Экспресс . 13 (19): 7298–7303. Бибкод : 2005OExpr..13.7298L . дои : 10.1364/OPEX.13.007298 . hdl : 1854/LU-327594 . ПМИД 19498753 .
- ^ Эспинола Р., Дадап Дж., Осгуд Р.младший, Макнаб С., Власов Ю. (2005). «Преобразование длины волны C-диапазона в кремниевых фотонных проводных волноводах» . Оптика Экспресс . 13 (11): 4341–4349. Бибкод : 2005OExpr..13.4341E . дои : 10.1364/OPEX.13.004341 . ПМИД 19495349 .
- ^ Лизе, ЮК; Мяги, ЕС; Та'Ид, В.Г.; Болджер, Дж.А.; Штайнвурзель, П.; Эгглтон, Б. (2004). «Микроструктурированные оптоволоконные фотонные провода с субволновым диаметром сердцевины» . Оптика Экспресс . 12 (14): 3209–3217. Бибкод : 2004OExpr..12.3209L . дои : 10.1364/OPEX.12.003209 . ПМИД 19483844 .
- ^ Желтиков, А. (2005). «Анализ в гауссовском режиме волноводной нелинейности керровского типа в оптических волокнах и фотонных проводах». Журнал Оптического общества Америки Б. 22 (5): 1100. Бибкод : 2005JOSAB..22.1100Z . дои : 10.1364/JOSAB.22.001100 .
- ^ Konorov, S. O.; Akimov, D. A.; Serebryannikov, E. E.; Ivanov, A. A.; Alfimov, M. V.; Dukel'Skii, K. V.; Khokhlov, A. V.; Shevandin, V. S.; Kondrat'Ev, Y. N.; Zheltikov, A. M. (2005). "High-order modes of photonic wires excited by the Cherenkov emission of solitons". Laser Physics Letters . 2 (5): 258–261. Bibcode : 2005LaPhL...2..258K . doi : 10.1002/lapl.200410176 . S2CID 122277596 .
- ^ Jump up to: а б Фостер, Массачусетс; Тернер, AC; Липсон, М.; Гаэта, Алабама (2008). «Нелинейная оптика в фотонных нанонитях» . Оптика Экспресс . 16 (2): 13.00–13.20. Бибкод : 2008OExpr..16.1300F . дои : 10.1364/OE.16.001300 . ПМИД 18542203 .
- ^ Уолчовер, Северная Каролина; Луан, Ф.; Джордж, АК; Найт, Джей Си; Оменетто, ФГ (2007). «Стеклянные фотонно-кристаллические нанонити с высокой нелинейностью» . Оптика Экспресс . 15 (3): 829–833. Бибкод : 2007OExpr..15..829W . дои : 10.1364/OE.15.000829 . ПМИД 19532307 .
- ^ Тонг, Л.; Ху, Л.; Чжан, Дж.; Цю, Дж.; Ян, К.; Лу, Дж.; Шен, Ю.; Он, Дж.; Йе, З. (2006). «Фотонные нанопровода, полученные непосредственно из объемного стекла» . Оптика Экспресс . 14 (1): 82–87. Бибкод : 2006OExpr..14...82T . дои : 10.1364/OPEX.14.000082 . ПМИД 19503319 .
- ^ Сивилоглу, Джорджия; Сунцов С.; Эль-Ганайни, Р.; Иванов, Р.; Стегеман, солдат; Христодулидес, DN; Морандотти, Р .; Модотто, Д.; Локателли, А.; Де Анджелис, К.; Поцци, Ф.; Стэнли, ЧР; Сорель, М. (2006). «Усиленные нелинейные эффекты третьего порядка в оптических нанопроволоках AlGaAs» . Оптика Экспресс . 14 (20): 9377–9384. Бибкод : 2006OExpr..14.9377S . дои : 10.1364/OE.14.009377 . ПМИД 19529322 .
- ^ «Группа оптических волоконных нанопроводов и сопутствующих устройств» . Университет Саутгемптона. Архивировано из оригинала 20 февраля 2007 г.
- ^ Дюмэ, П.; Гонтье, Ф.; Лакруа, С.; Бурес, Дж.; Вильнев, А.; Вигли, PGJ; Стегеман, солдат (1993). «Улучшенная автофазовая модуляция в конических волокнах». Оптические письма . 18 (23): 1996. Бибкод : 1993OptL...18.1996D . дои : 10.1364/OL.18.001996 . ПМИД 19829470 .
- ^ Кордейро, CMB; Уодсворт, штат Вашингтон; Биркс, Т.А.; Рассел, PSJ (2005). «Разработка дисперсии конических волокон для генерации суперконтинуума с помощью лазера накачки с длиной волны 1064 нм». Оптические письма . 30 (15): 1980–1982. Бибкод : 2005OptL...30.1980C . дои : 10.1364/OL.30.001980 . ПМИД 16092239 .
- ^ Дадли, Дж. М.; Коэн, С. (2002). «Численное моделирование и когерентные свойства генерации суперконтинуума в фотонных кристаллах и конических оптических волокнах» (PDF) . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 8 (3): 651–659. Бибкод : 2002IJSTQ...8..651D . дои : 10.1109/JSTQE.2002.1016369 .
- ^ Колесик, М.; Райт, Э.М.; Молони, СП (2004). «Моделирование распространения фемтосекундных импульсов в конических волокнах субмикронного диаметра». Прикладная физика Б. 79 (3): 293–300. дои : 10.1007/s00340-004-1551-1 . S2CID 123400021 .
- ^ Уодсворт, штат Вашингтон; Ортигоса-Бланш, А.; Найт, Джей Си; Биркс, Т.А.; Ман, Т.-ПМ; Рассел, PSJ (2002). «Генерация суперконтинуума в фотонно-кристаллических волокнах и конусах оптических волокон: новый источник света». Журнал Оптического общества Америки Б. 19 (9): 2148. Бибкод : 2002JOSAB..19.2148W . дои : 10.1364/JOSAB.19.002148 .
- ^ Ши, Л.; Чен, X.; Лю, Х.; Чен, Ю.; Йе, З.; Ляо, В.; Ся, Ю. (2006). «Изготовление кварцевых волокон субмикронного диаметра с использованием электрического ленточного нагревателя» . Оптика Экспресс . 14 (12): 5055–5060. Бибкод : 2006OExpr..14.5055S . дои : 10.1364/OE.14.005055 . ПМИД 19516667 . S2CID 12286605 .
- ^ Мяги, Э.; Штайнвурзель, П.; Эгглтон, Б. (2004). «Конические фотонно-кристаллические волокна» . Оптика Экспресс . 12 (5): 776–784. Бибкод : 2004OExpr..12..776M . дои : 10.1364/OPEX.12.000776 . ПМИД 19474885 .
- ^ Саге, Г.; Бааде, А.; Раушенбойтель, А. (2008). «Ловушки на поверхности исчезающего поля с отстройкой синего цвета для нейтральных атомов на основе интерференции мод в сверхтонких оптических волокнах». Новый журнал физики . 10 (11): 113008. arXiv : 0806.3909 . Бибкод : 2008NJPh...10k3008S . дои : 10.1088/1367-2630/10/11/113008 . S2CID 18601905 .
- ^ Наяк, КП; Мелентьев П.Н.; Моринага, М.; Кин, Флорида; Балыкин В.И.; Хакута, К. (2007). «Оптическое нановолокно как эффективный инструмент для манипулирования и исследования атомной флуоресценции» . Оптика Экспресс . 15 (9): 5431–5438. Бибкод : 2007OExpr..15.5431N . дои : 10.1364/OE.15.005431 . ПМИД 19532797 .
- ^ Jump up to: а б Моррисси, Майкл Дж.; Дизи, Киран; Фроули, Мэри; Кумар, Рави; Прель, Ойген; Рассел, Лаура; Труонг, Вьет Зианг; Ник Чормаик, Силе (август 2013 г.). «Спектроскопия, манипулирование и захват нейтральных атомов, молекул и других частиц с использованием оптических нановолокон: обзор» . Датчики . 13 (8): 10449–10481. arXiv : 1306.5821 . Бибкод : 2013Senso..1310449M . дои : 10.3390/s130810449 . ПМЦ 3812613 . ПМИД 23945738 .
- ^ Сюй, Ф.; Горак, П.; Брамбилла, Г. (2007). «Оптический рефрактометрический датчик с катушкой из микрофибры» (PDF) . Оптика Экспресс . 15 (12): 7888–7893. Бибкод : 2007OExpr..15.7888X . дои : 10.1364/OE.15.007888 . ПМИД 19547115 . S2CID 42262445 .
- ^ Леон-Саваль, генеральный директор; Биркс, Т.А.; Уодсворт, штат Вашингтон; Сент-Джей Рассел, П.; Мейсон, М.В. (2004). «Генерация суперконтинуума в субмикронных волоконных волноводах» . Оптика Экспресс . 12 (13): 2864–2869. Бибкод : 2004OExpr..12.2864L . дои : 10.1364/OPEX.12.002864 . ПМИД 19483801 .
- ^ Коос, К.; Жаком, Л.; Поултон, К.; Лейтольд, Дж.; Фрейде, В. (2007). «Нелинейные волноводы кремний на изоляторе для полностью оптической обработки сигналов» (PDF) . Оптика Экспресс . 15 (10): 5976–5990. Бибкод : 2007OExpr..15.5976K . дои : 10.1364/OE.15.005976 . HDL : 10453/383 . ПМИД 19546900 .
- ^ Jump up to: а б с Уорд, Дж. М.; Маймаити, А.; Ле, Ву Х.; Чормаик, С. Ник (1 ноября 2014 г.). «Обзор: установка для протягивания оптических микро- и нановолокон» . Обзор научных инструментов . 85 (11): 111501. arXiv : 1402.6396 . Бибкод : 2014RScI...85k1501W . дои : 10.1063/1.4901098 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 25430090 . S2CID 7985175 .
- ^ С любовью, Джей Ди; Генри, ВМ; Стюарт, WJ; Блэк, Р.Дж.; Лакруа, С.; Гонтье, Ф. (1991). «Конические одномодовые волокна и устройства. Часть 1. Критерии адиабатичности» . Труды IEE J-Оптоэлектроника . 138 (5): 343. doi : 10.1049/ip-j.1991.0060 . ISSN 0267-3932 .
- ^ Кенни, РП; Биркс, Т.А.; Окли, КП (1991). «Контроль формы конусности оптического волокна» . Электронные письма . 27 (18): 1654. Бибкод : 1991ElL....27.1654K . дои : 10.1049/эл:19911034 . ISSN 0013-5194 .
- ^ Наяк, КП; Мелентьев П.Н.; Моринага, М.; Ле Кьен, Фам; Балыкин В.И.; Хакута, К. (2007). «Оптическое нановолокно как эффективный инструмент для манипулирования и исследования атомной флуоресценции» . Оптика Экспресс . 15 (9): 5431–5438. Бибкод : 2007OExpr..15.5431N . дои : 10.1364/OE.15.005431 . ПМИД 19532797 .
- ^ Докинз, ST; Митч, Р.; Рейтц, Д.; Ветч, Э.; Раушенбойтель, А. (2011). «Дисперсионный оптический интерфейс на основе атомов, захваченных нановолокнами». Физ. Преподобный Летт . 107 (24): 243601. arXiv : 1108.2469 . Бибкод : 2011PhRvL.107x3601D . doi : 10.1103/PhysRevLett.107.243601 . ПМИД 22242999 . S2CID 16246674 .
- ^ Гобан, А.; Чой, К.С.; Элтон, диджей; Дин, Д.; Лакрут, К.; Поточниг, М.; Тиле, Т.; Стерн, НП; Кимбл, HJ (2012). «Демонстрация нечувствительной к состоянию компенсированной ловушки из нановолокна». Физ. Преподобный Летт . 109 (3): 033603. arXiv : 1203.5108 . Бибкод : 2012PhRvL.109c3603G . doi : 10.1103/PhysRevLett.109.033603 . ПМИД 22861848 . S2CID 10085166 .
- ^ Ниедду, Томас; Гохру, Вандна; Чормаик, Силе Ник (14 марта 2016 г.). «Оптические нановолокна и нейтральные атомы» . Журнал оптики . 18 (5): 053001. arXiv : 1512.02753 . Бибкод : 2016JOpt...18e3001N . дои : 10.1088/2040-8978/18/5/053001 . ISSN 2040-8978 .
- ^ См., например, теоретический анализ с применением к точному квантовому измерению без разрушения. Ци, Сяодун; Бараджола, Бен К.; Джессен, Пол С.; Дойч, Иван Х. (2016). «Дисперсионный отклик атомов, захваченных вблизи поверхности оптического нановолокна, с применением к квантовому измерению без разрушения и спиновому сжатию». Физический обзор А. 93 (2): 023817. arXiv : 1509.02625 . Бибкод : 2016PhRvA..93b3817Q . дои : 10.1103/PhysRevA.93.023817 . S2CID 17366761 .
- ^ Солано, Пабло; Гровер, Джеффри А.; Хоффман, Джонатан Э.; Равец, Сильвен; Фатеми, Фредрик К.; Ороско, Луис А.; Ролстон, Стивен Л. (01 января 2017 г.), Аримондо, Эннио; Линь, Чун С.; Йелин, Сюзанна Ф. (ред.), «Глава седьмая — Оптические нановолокна: новая платформа для квантовой оптики» , «Достижения в атомной, молекулярной и оптической физике » , 66 , Academic Press: 439–505, arXiv : 1703.10533 , doi : 10.1016/bs.aamop.2017.02.003 , S2CID 17928674 , получено 15 октября 2020 г.
- ^ Ле Кьен, Фам; Раушенбойтель, А. (2016). «Полнооптические переключатели на основе нановолокна». Физ. Преподобный А. 93 (1): 013849. arXiv : 1604.05782 . Бибкод : 2016PhRvA..93a3849L . дои : 10.1103/PhysRevA.93.013849 . S2CID 119287411 .
- ^ Брамбилла, Г.; Муруган, Г. Сентил; Уилкинсон, Дж. С.; Ричардсон, диджей (15 октября 2007 г.). «Оптическое манипулирование микросферами по субволновому оптическому проводу» . Оптические письма . 32 (20): 3041–3043. Бибкод : 2007OptL...32.3041B . дои : 10.1364/OL.32.003041 . ISSN 1539-4794 . ПМИД 17938693 .
- ^ Дейли, Марк; Труонг, Вьет Зианг; Чормаик, Силе Ник (27 июня 2016 г.). «Захват наночастиц в эванесцентном поле с использованием наноструктурированных ультратонких оптических волокон» . Оптика Экспресс . 24 (13): 14470–14482. arXiv : 1603.00170 . Бибкод : 2016OExpr..2414470D . дои : 10.1364/OE.24.014470 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 27410600 . S2CID 19705546 .