Optické vlákno o průměru subvlnné délky - Subwavelength-diameter optical fibre
Subwavelength průměru optického vlákna ( SDF nebo SDOF ) je optické vlákno , jehož průměr je menší než vlnová délka světla množit přes to. SDF se obvykle skládá z dlouhých tlustých částí (stejných jako konvenční optická vlákna) na obou koncích, přechodových oblastí (zužuje se), kde se průměr vlákna postupně zmenšuje až na hodnotu subvlnné délky, a pasu o průměru subvlnné délky, což je hlavní působící část. Kvůli tak silnému geometrickému uvěznění je vedené elektromagnetické pole v SDF omezeno na jeden režim nazývaný základní .
název
Neexistuje obecná shoda na tom, jak mají být tyto optické prvky pojmenovány; různé skupiny dávají přednost zdůraznění různých vlastností takových vláken, někdy dokonce používají různé termíny. Názvy uvedené použití zahrnují subwavelength vlnovod, subwavelength optický vodič, subwavelength průměrem křemičitého drát, subwavelength průměr vláken zúžení, ( fotonického ) drátu vlnovod , fotonického drát, fotonického nanodrát , optické nanovláken, optické nanovláken vláken, zúžené (optického) vlákno, vlákno kužel , křemičité vlákno se submikronovým průměrem, ultratenká optická vlákna, optická nanovlákna , optická mikrovlákna , vlnovody submikronových vláken, mikro/nano optické dráty (MNOW).
Termín vlnovod lze použít nejen na vlákna, ale také na jiné vlnovodné struktury, jako jsou křemíkové fotonické vlnovody s vlnovou délkou. Termín submikron je často synonymem pro subvlnnou délku , protože většina experimentů se provádí za použití světla s vlnovou délkou mezi 0,5 a 1,6 µm. Všechna jména s předponou nano- jsou poněkud zavádějící, protože je obvykle aplikována na objekty s rozměry v měřítku nanometrů (např. Nanočástice , nanotechnologie ). Charakteristické chování SDF se objeví, když je průměr vlákna přibližně polovina vlnové délky světla. Proto je pro tyto objekty nejvhodnější termín subvlnová délka .
Výrobní
SDF je obvykle vytvořen zúžením komerčního, obvykle krokového indexu , optického vlákna. Proces provádějí speciální tažné stroje.
Optické vlákno se obvykle skládá z jádra, opláštění a ochranného povlaku. Před tažením vlákna se odstraní jeho povlak (tj. Vlákno se odizoluje ). Konce holého vlákna jsou upevněny na pohyblivých „translačních“ stupních na stroji. Střed vlákna (mezi fázemi) se poté zahřeje plamenem (jako je hořící oxyhydrogen ) nebo laserovým paprskem ; současně se fáze překladu pohybují v opačných směrech. Sklo se taví a vlákno se prodlužuje, přičemž jeho průměr klesá.
Pomocí popsané metody se získají pásy mezi 1 a 10 mm na délku a průměry až 100 nm. Aby se minimalizovaly ztráty světla na nevázané režimy , je třeba řídit proces tažení tak, aby úhly zužování splňovaly adiabatickou podmínku tím, že nepřekročí určitou hodnotu, obvykle v řádu několika miliradiánů . Za tímto účelem je laserový paprsek spojen s vláknem vytaženým a výstupní světlo je v průběhu celého procesu monitorováno optickým měřičem výkonu . Kvalitní SDF by propustil více než 95% spojeného světla, přičemž většina ztrát byla způsobena rozptylem na povrchových nedokonalostech nebo nečistotami v oblasti pasu.
Pokud se zužující se vlákno rovnoměrně táhne přes stacionární zdroj tepla, výsledný SDF má profil exponenciálního poloměru. V mnoha případech je vhodné mít válcovou oblast pasu, tj. Pas konstantní tloušťky. Výroba takového vlákna vyžaduje kontinuální úpravy hotzónu pohybem zdroje ohřevu a proces výroby se výrazně prodlužuje.
Zacházení
Protože je SDF extrémně tenký, je také extrémně křehký. Proto je SDF obvykle namontován na speciální rám bezprostředně po vytažení a nikdy se z tohoto rámu neodpojí. Běžný způsob zajištění vlákna k držáku je polymerové lepidlo, jako je epoxidová pryskyřice nebo optické lepidlo .
Prach se však může přichytit k povrchu SDF. Pokud je do vlákna zapojena značná laserová síla, částice prachu rozptylují světlo v pomíjivém poli , zahřívají se a mohou tepelně zničit pas. Aby se tomu zabránilo, jsou SDF vytahovány a používány v bezprašném prostředí, jako jsou průtokové boxy nebo vakuové komory . U některých aplikací je užitečné ponořit čerstvě zúžený SDF do čištěné vody a zabránit tak kontaminaci pasu.
Aplikace
Aplikace zahrnují senzory, nelineární optiku, vláknové vazební členy, odchyt a vedení atomů, kvantové rozhraní pro kvantové zpracování informací, celooptické přepínače, optickou manipulaci s dielektrickými částicemi.