В настоящее время известны два типа волоконных световодов со структурой фотонных кристаллов. Это волоконные световоды со сплошной световедущей жилой, о которых упоминалось выше, и волоконные световоды с полой световедущей жилой. В России и те, и другие называются дырчатыми волокнами, хотя на самом деле между ними существует важное различие в механизмах, обеспечивающих волноведущие свойства световодов.
Дырчатый световод со сплошной световедущей жилой представляет собой сердцевину из кварцевого стекла в оболочке из фотонного кристалла (кварцевое стекло с воздушными полостями-каналами), имеющей более низкий средний коэффициент преломления по отношению к жиле. Поэтому волноведущие свойства таких световодов обеспечиваются одновременно двумя эффектами: полного внутреннего отражения, как в обычных световодах, и зонными свойствами фотонного кристалла. Наличие оболочки в виде фотонного кристалла существенно отличает дырчатые волокна от обычных волоконных световодов.
Количество направляемых мод в сплошной световедущей жиле такого волокна определяется только величиной отношения диаметра d воздушных каналов к расстоянию между их осями А. При этом для случая (d/A~0,2) дырчатые световоды являются одномодовыми во всем спектральном диапазоне прозрачности кварца. Ученые, впервые получившие дырчатое волокно, наблюдали такое явление: в световедущей жиле в широком спектральном диапазоне (более 2-х октав) распространялись только моды низшего (нулевого) порядка, а все высшие моды уходили в оболочку и затухали. Такой эффект был назван ими модифицированным эффектом полного внутреннего отражения, когда зонная структура фотонного кристалла проявляется только косвенным образом, а волноведущие свойства его для мод нулевого порядка определяются эффектом полного внутреннего отражения. В этой ситуации необязательной является строгая периодичность расположения полых каналов в оболочке, поскольку определяющим фактором является величина ее среднего коэффициента преломления. Наличие полостей в оболочке позволяет более чем на порядок увеличить разность показателей преломления световедущей жилы и оболочки по сравнению со стандартным волокном. Этим в основном и определяются принципиально новые свойства дырчатых волокон, отличающие их от обычных волоконных световодов. Помимо отмеченной выше возможности создания одномодовых дырчатых волоконных световодов для очень широкого спектрального диапазона, необычными являются их дисперсионные свойства, которые зависят от размеров воздушных каналов и их взаимного расположения. Эти волокна могут иметь аномальную дисперсию в значительно более коротковолновой области спектра, чем обычные световоды, вплоть до длин волн l~0,8 мкм; абсолютная величина дисперсии в дырчатых волокнах может на порядок превышать значения дисперсии в стандартных одномодовых волокнах и достигать 103 пc/(нм•км), а зависимость дисперсии от длины волны в широком спектральном диапазоне может быть очень слабой.
Одинаково изменяя все геометрические размеры структуры дырчатого волокна (при условии сохранения соотношения между ними), можно получить в волокне одномодовый режим распространения как с малой, так и большой эффективной площадью поперечного сечения моды. То есть можно создавать дырчатые волокна с диаметром световедущей жилы, многократно превышающим или, наоборот, уменьшенным по сравнению с диаметром световедущей жилы стандартного одномодового волокна, при этом в нем будет сохраняться одномодовый режим распространения света.
Это очень важно для практического применения. Большой размер световедущей жилы позволяет снизить влияние нелинейных эффектов на форму распространяющихся по волокну импульсов света и, наоборот, при малых размерах моды роль нелинейных эффектов заметно увеличивается по сравнению со стандартными световодами.
Значения потерь при распространении света в дырчатых волоконных световодах приближаются к потерям, имеющим место в стандартных одномодовых волокнах. На последней Европейской конференции по оптическим коммуникациям (ECOC 2002) было объявлено о создании дырчатых оптических волокон со сплошной световедущей жилой из чистого кварца, имеющих потери 0,58 дБ/км на длине волны l=1,55 мкм, что приближается к значению потерь в стандартном одномодовом волокне, составляющему 0,2 дБ/км.
Эти потери включают в себя три составляющих:
1) Потери вследствие релеевского рассеяния света в световедущей жиле. Оказалось, что коэффициент релеевского рассеяния в световедущей жиле дырчатого волокна более чем в два раза превышает коэффициент релеевского рассеяния чистого кварца. Причина этого, по-видимому, заключается в наличии случайных неоднородных напряжений, возникающих на границе световедущей жилы в процессе вытяжки волокна. Поэтому величина потерь на релеевское рассеяние в данном волокне оказалась в два раза выше величины аналогичных потерь в стандартном одномодовом волокне и составила 0,18 дБ/км.
2) Потери, вызванные разбросом геометрических параметров самих воздушных каналов: флуктуациями их диаметра и нерегулярностью расположения. Очевидно, эти потери присущи только данному типу волокна. Величина их составляет 0,27 дБ/км.
3) Потери, вызванные примесным поглощением ионами металлов и гидроксильной группы, такие же, что и в стандартных одномодовых световодах. Их величина составляет 0,13 дБ/км.
<<Назад <<Содержание>> Вперед>>