Материал подготовлен Еленой Клысун
Создание фотонных кристаллов и так называемых фотоннокристаллических или «дырчатых» волоконных световодов на их основе является одним из наиболее значительных достижений оптических технологий последних лет. Фотонно-кристаллическое волокно (ФКВ) (англ. Photonic-crystal fiber) – это оптическое волокно (ОВ), оболочка которого имеет структуру двумерного фотонного кристалла. Благодаря такой структуре оболочки открываются новые возможности управления в широком диапазоне дисперсионными свойствами волокон и степенью локализации электромагнитного излучения в направляемых волноводных модах.
В большинстве случаев для создания ФКВ используют стекло или кварц с отверстиями, заполненными воздухом. Часть отверстий может быть заполнена другими газами или жидкостями, в том числе жидкими кристаллами. Реже используются ФКВ, образованные двумя различными видами стекла, показатели, преломления которых сильно отличаются друг от друга. Иногда термин фотонно-кристаллическое волокно используется в более широком значении – им обозначают почти все типы волокон со сложной структурой оболочки, в том числе микроструктурированное и наноструктурированное волокно, а также брэгговское волокно и дырчатое волокно.
Впервые фотоннокристаллическое оптоволокно было получено исследовательской группой Филиппа Ст. Дж. Рассела в 1990-ых.
По физическому механизму удержания света в сердцевине оптические волокна можно разделить на два больших класса:
1.ФКВ со сплошной световедущей жилой. Эти волокна представляют собой кварцевое стекло с воздушными полостями-каналами. Волноводные свойства таких световодов обладают одновременно двумя эффектами:
1.эффектом полного внутреннего отражения,
2. зонными свойствами фотонного кристалла.
В таких волокнах, где свет удерживается за счет фотонной запрещенной зоны, как и в фотонном кристалле, свет может распространяться по сердцевине волокна с показателем преломления меньшим, чем средний показатель преломления оболочки. За счет этого возможно распространение света даже в полой сердцевине (рис.2), что позволяет на несколько порядков увеличить мощность вводимого в них излучения и уменьшить потери и нелинейные эффекты. В таких волноводах локализация оптического излучения в сердцевине из-за полного внутреннего отражения невозможна. Наличие фотонно запрещенной зоны у переодической структуры опеспечивает основные свойства ФКВ с полой сердцевиной.