Jump to content

Оптическое волокно субволнового диаметра

Волокно субволнового диаметра окутывает светом человеческие волосы.

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 .

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 ]

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 ]
  1. ^ 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 . Значок открытого доступа
  2. ^ 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 . Значок открытого доступа
  3. ^ 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 .
  4. ^ 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 . Значок открытого доступа
  5. ^ 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 . Значок открытого доступа
  6. ^ 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 . Значок открытого доступа
  7. ^ 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 . Значок открытого доступа
  8. ^ 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 . Значок открытого доступа
  9. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  10. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  11. ^ 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 . Значок открытого доступа
  12. ^ 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 . Значок открытого доступа
  13. ^ 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 . Значок открытого доступа
  14. ^ 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 . Значок открытого доступа
  15. ^ «Группа оптических волоконных нанопроводов и сопутствующих устройств» . Университет Саутгемптона. Архивировано из оригинала 20 февраля 2007 г.
  16. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  17. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  18. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  19. ^ 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 . Значок закрытого доступа
  20. ^ 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 . Значок открытого доступа
  21. ^ 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 . Значок открытого доступа
  22. ^ 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 . Значок открытого доступа
  23. ^ 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 . Значок открытого доступа
  24. ^ 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 . Значок открытого доступа
  25. ^ 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 .
  26. ^ 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 . Значок открытого доступа
  27. ^ 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 . Значок открытого доступа
  28. ^ 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 . Значок открытого доступа
  29. ^ 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 .
  30. ^ 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 .
  31. ^ 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 .
  32. ^ 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 .
  33. ^ 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 .
  34. ^ 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 .
  35. ^ 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 .
  36. ^ 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 .
  37. ^ 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.
  38. ^ 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 .
  39. ^ 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 .
  40. ^ 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 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ae9220b6e2188067a22c91ee80848b4c__1716092400
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ae/4c/ae9220b6e2188067a22c91ee80848b4c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Subwavelength-diameter optical fibre - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)