Las fibras ópticas microestructuradas (MOF) son guías de ondas de fibra óptica en las que la guía se obtiene mediante la manipulación de la estructura de la guía de ondas en lugar de su índice de refracción .
En las fibras ópticas convencionales, la luz se guía mediante el efecto de una reflexión interna total . El guiado ocurre dentro de un núcleo de índice de refracción mayor que el índice de refracción del material circundante ( revestimiento ). El cambio de índice se obtiene mediante diferentes dopajes del núcleo y del revestimiento o mediante el uso de diferentes materiales. En fibras microestructuradas, se aplica un enfoque completamente diferente. La fibra está hecha de un material (generalmente sílice) y el guiado de luz se obtiene a través de la presencia de orificios de aire en el área que rodea al núcleo sólido. Los orificios a menudo están dispuestos en un patrón regular en matrices bidimensionales, sin embargo existen otros patrones de orificios, incluidos los no periódicos. Si bien la disposición periódica de los orificios justificaría el uso del término " fibra de cristal fotónico ", el término se reserva para aquellas fibras en las que se produce la propagación dentro de un defecto fotónico o debido al efecto de banda prohibida fotónica . Como tales, las fibras de cristal fotónico pueden considerarse un subgrupo de fibras ópticas microestructuradas.
Hay dos clases principales de MOF
- Fibras guiadas por índice, donde la guía se obtiene a través del efecto de la reflexión interna total
- Fibras de banda prohibida fotónica, donde la guía se obtiene a través de la interferencia constructiva de la luz dispersa (incluido el efecto de banda prohibida fotónica).
Las fibras ópticas estructuradas, aquellas basadas en canales que recorren toda su longitud, se remontan a Kaiser and Co en 1974. Estas incluyen fibras ópticas revestidas de aire, fibras ópticas microestructuradas a veces llamadas fibra de cristal fotónico cuando las matrices de orificios son periódicas y parecen un cristal. y muchas otras subclases. Martelli y Canning se dieron cuenta de que las estructuras cristalinas que tienen regiones intersticiales idénticas en realidad no son la estructura más ideal para aplicaciones prácticas y señalaron que las fibras estructuradas aperiódicas, como las fibras Fractal, son una mejor opción para bajas pérdidas de curvatura. [1] Las fibras aperiódicas son una subclase de fibras de Fresnel que describen la propagación óptica en términos análogos a los haces libres de difracción. [2] Estos también se pueden hacer utilizando canales de aire colocados apropiadamente en las zonas virtuales de la fibra óptica. [3]
Las fibras de cristal fotónico son una variante de las fibras microestructuradas reportadas por Kaiser et al. Son un intento de incorporar las ideas bandgap de Yeh et al. de una manera sencilla apilando periódicamente una serie regular de canales y dibujando en forma de fibra. Las primeras fibras de este tipo no se propagaron mediante una banda prohibida, sino más bien mediante un índice de pasos eficaz; sin embargo, el nombre, por razones históricas, se mantuvo sin cambios, aunque algunos investigadores prefieren llamar a estas fibras fibras "perforadas" o fibras ópticas "microestructuradas" en referencia al trabajo preexistente de Bell Labs. El cambio a la nanoescala [4] fue anticipado por la etiqueta más reciente de fibras "estructuradas". Una variante extremadamente importante fue la fibra revestida de aire inventada por DiGiovanni en Bell Labs en 1986/87 sobre la base del trabajo de Marcatili et al. en 1984. [5] Este es quizás el diseño de fibra más exitoso hasta la fecha basado en la estructuración del diseño de fibra utilizando orificios de aire y tiene aplicaciones importantes con respecto a la alta apertura numérica y la recolección de luz, especialmente cuando se implementa en forma de láser, pero con una gran promesa en áreas tan diversos como biofotónica y astrofotónica. [6]
La estructura periódica puede no ser la mejor solución para muchas aplicaciones. Las fibras que van mucho más allá de dar forma al campo cercano ahora pueden diseñarse deliberadamente para dar forma al campo lejano por primera vez, incluido el enfoque de la luz más allá del extremo de la fibra. [7] Estas fibras de Fresnel utilizan ópticas de Fresnel bien conocidas que se han aplicado durante mucho tiempo al diseño de lentes, incluidas formas más avanzadas utilizadas en ópticas adaptativas aperiódicas, fractales e irregulares, o zonas de Fresnel / fractales. Muchos otros beneficios prácticos del diseño incluyen bandas prohibidas fotónicas más amplias en guías de ondas de propagación basadas en difracción y pérdidas de curvatura reducidas, importantes para lograr fibras ópticas estructuradas con pérdidas de propagación inferiores a las de las fibras de índice escalonado.
Referencias
- ↑ Martelli, C; Conservas, J; Gibson, B; Huntington, S (2007). "Pérdida por flexión en fibras ópticas estructuradas" . Optics Express . 15 (26): 17639–44. Código Bib : 2007OExpr..1517639M . doi : 10.1364 / OE.15.017639 . PMID 19551059 .
- ^ Canning, J (2002). "Generación y propagación de modos sin difracción en guías de ondas ópticas" (PDF) . Comunicaciones ópticas . 207 : 35–39. Código Bibliográfico : 2002OptCo.207 ... 35C . doi : 10.1016 / S0030-4018 (02) 01418-9 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Conservas, J; Buckley, E; Lyytikainen, K (2003). "Propagación en el aire por superposición de campo de luz dispersa dentro de una fibra de Fresnel". Letras de óptica . 28 (4): 230-2. Bibcode : 2003OptL ... 28..230C . doi : 10.1364 / OL.28.000230 . PMID 12661527 .
- ^ Huntington, S; Katsifolis, J; Gibson, B; Conservas, J; Lyytikainen, K; Zagari, J; Cahill, L; Amor, J (2003). "Retención y caracterización de la nanoestructura dentro de fibras ópticas cónicas estructuradas con aire y sílice" (PDF) . Optics Express . 11 (2): 98-104. Código bibliográfico : 2003OExpr..11 ... 98H . doi : 10.1364 / OE.11.000098 . PMID 19461711 . Archivado desde el original (PDF) el 10 de febrero de 2020.
- ^ .J. DiGiovanni, RS Windeler, "Artículo que comprende una fibra óptica revestida de aire", Patente de EE.UU. 5.907.652 ; G02B 006/20 (1998 presentada en 1997); basado en la patente anterior: EAJ Marcatili, "Guía de ondas de fibra óptica revestida de aire", Patente de EE. UU. 3.712.705 (1973)
- ^ Åslund, Mattias L .; Canning, John (2009). "Fibras revestidas de aire para instrumentación astronómica: degradación de la relación focal". Astronomía experimental . 24 : 1-7. Código Bibliográfico : 2009ExA .... 24 .... 1A . doi : 10.1007 / s10686-008-9132-7 .
- ^ J. Canning, Fresnel Optics Inside Optical Fibers, en Photonics Research Developments, Capítulo 5, Nova Science Publishers, Estados Unidos, (2008) y sus referencias