Кристаллические инфракрасные световоды: моделирование структуры, получение, свойства, применение

В настоящее время в области нового класса оптических волокон, отличающихся от стандартных волокон структурой оболочки, нет устоявшейся терминологии и классификации [1]. На Западе наиболее популярным для обозначения практически всех видов нетрадиционных волокон стал термин Photonic Crystal Fibers (PCF), поэтому целесообразно на русском языке использовать эквивалентный термин — фотонно-кристаллические световоды. Строго говоря, этот термин следовало бы использовать для обозначения световодов, оболочка которых содержит периодические одномерные или двумерные структуры, оказывающие существенное влияние на их оптические свойства. На практике термин PCF применяется гораздо шире — им обозначаются почти все типы световодов со сложной структурой оболочки. Широко используется также термин «микроструктурированное волокно» (MF), являющееся синонимом PCF. Одним из механизмов удержания света в оптическом волокне является его зеркальное отражение от оболочки с периодически изменяющимся показателем преломления. Такие волокна способны переносить с малым затуханием оптическое излучение только с длинами волн, лежащими в некоторой области, называемой фотонной запрещенной зоной (Band Gap, BG). Фотонные запрещенные зоны существуют в оптических волокнах с двумя типами периодических структур: одномерных (1D) в виде соосных цилиндрических слоев и двумерных (2D) в виде полых трубок. Последние являются фотонно-кристаллическими волокнами с запрещенными зонами (PCFBG) [1,2].

Ранее подобные структуры, за исключением брэгговской, применялись только к кварцевым волокнам, однако в работах [3, 4] описаны структуры, новые для ИК-световодов из галогенидов серебра [5]. В первой из них предлагается изготавливать PCF-световоды, имитирующие световоды со ступенчатым показателем преломления за счет изменения геометрии. Такие световоды могут быть описаны как периодический массив с определенной геометрией: треугольной, квадратной, кольцевой и т. д. (рис. 5.1). Массив состоит из материала с высоким показателем преломления и «отверстий», замещенных стержнями, т. е. световодами из материалов с более низким показателем преломления. Обычно один такой стержень — центральный — отсутствует, и получившаяся «пустота», т. е. материал массива выполняет роль сердцевины с высоким показателем преломления. Периодически расположенные световоды вокруг сердцевины выполняют роль оболочки, эффективный показатель преломления которой ниже, чем в сердцевине.

Рис. 5.1. Структура PCF-волокна [5].

Преформа для такого световода представляет собой сборку из концентрически расположенных в нужном порядке световодов с разным показателем преломления и рассчитанным диаметром. Перетяжкой из такой сборки получают световоды различной структуры.

В данной главе представлены результаты исследования свойств и технология получения ИК-световодов различной структуры методом экструзии из разработанных кристаллов (см. гл. 2).