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.

Перспективы применения

Таким образом, большие размеры световедущей жилы при одномодовом режиме распространения в широком спектральном диапазоне, а также реальность создания дырчатых волокон, обладающих малыми потерями и слабой зависимостью дисперсии от длины волны, делают их перспективными для применений в волоконно-оптических системах связи в качестве передающей среды. Сейчас стоимость таких волокон очень велика: порядка 1000 $/м, но есть надежда, что по мере развития технологии стоимость их снизится, и они станут доступными для производства волоконно-оптического кабеля в ближайшие годы. Однако говорить о перспективах применения дырчатых световодов в магистральных линиях связи пока преждевременно, так как до сих пор неясен вопрос о величине их двулучепреломления, которое определяет один из основных параметров ВОЛС -- скорость передачи.

Дырчатые световоды с большим диаметром световедущей жилы также могут использоваться в качестве среды передачи световых потоков высокой интенсивности.

Благодаря своим уникальным дисперсионным свойствам, дырчатые световоды уже находят свое применение в качестве компенсаторов дисперсии в волоконных системах связи. Они достаточно легко и с малыми потерями привариваются к стандартному оптическому волокну и совмещаются с другими элементами волоконно-оптических систем.

В дырчатом волокне с малыми размерами соответствующей жилы снижаются пороги всех нелинейных эффектов, что представляет большой интерес для создания эффективных рамановских лазеров и усилителей, генераторов континуума и оптических переключателей. Очень привлекательной является идея создания генератора суперконтинуума -- источника белого света с очень высокой энергетической яркостью. Такие источники могут применяться в DWDM-системах, а также в спектроскопии и метрологии.

Технология изготовления дырчатых волоконных световодов с полой световедущей жилой практически не отличается от технологии аналогичных световодов со сплошной световедущей жилой. Основное отличие этого волокна заключается в том, что световедущая жила представляет собой не кварцевый стержень, а воздушную полость с диаметром, превышающим диаметр d регулярных воздушных каналов в оболочке (рис. 21).

Рис.21 Поперечное сечение дырчатого волокна с полой световедущей жилой

Такая структура может направлять излучение видимого и ближнего ИК диапазонов, когда отношение d/A~0,3. В этом случае волноводный режим обеспечивается исключительно зонной структурой фотонного кристалла. Свойства дырчатых световодов с полой световедущей жилой (потери, дисперсионные и нелинейные характеристики) изучены недостаточно. Ясно лишь то, что свет в таких световодах, в отличие от стандартных, распространяется преимущественно в полой сердцевине, а не по кварцу. Казалось бы, что потери в таких световодах должны быть очень низкими, так как материальное поглощение и релеевское рассеяние в воздухе ничтожны по сравнению с кварцевым стеклом. Однако экспериментально они оказываются большими: 13 дБ/км на l=1,5 мкм.

Этот рекордный результат получен компанией CORNING в 2002 году. Выяснилось, что потери в таких световодах определяются не рассеянием и поглощением, а конечной отражающей способностью периодической структуры оболочки в поперечном направлении. А она, в свою очередь, определяется совершенством периодической структуры, протяженностью в радиальном направлении и строгостью соблюдения условия равенства периода структуры целому числу полуволн излучения. Из сказанного выше следует, что в настоящее время говорить о практическом применении оптических волокон с полой световедущей жилой преждевременно.

Очевидно, что дырчатые световоды со сплошной световедущей жилой в ближайшие годы могут найти практическое применение в широкополосных волоконно-оптических сетях в качестве среды передачи оптических сигналов и функциональных устройств волоконных сетей связи. Ситуация с дырчатыми волокнами с полой световедущей жилой более сложная. На наш взгляд, эти волокна могут найти практическое применение в интегральной оптике, в качестве функциональных элементов в оптических сетях метрологии и т. д. Однако, учитывая масштабность исследований, направленных на использование дырчатых волноводов в различных областях физики и информатики, уже в ближайшее время следует ожидать новых ярких результатов в этой бурно развивающейся области физики.

Размещено на Allbest.ru