משתמש:Itay.Zilka/סיב פוטוני-גביש

דיאגרמה המציגה את תצורת הסיב הגביש פוטוני מתוך פרספקטיבה של חתך רוחב. הסיב מורכב מליבה מוצקה שמוצגת בצורתה הקלאסית, ועל פני הליבה יש חיפוי המורכב מחורי אוויר ממוקמים במבנה סוף-לסוף וציפוי כחול מוצק המכסה את החיפוי ומשמש להגנה ולשמירה על הסיב.

סיב פוטוני-גבישי ( PCF ) הוא סוג של סיב אופטי המבוסס על תכונותיהם של גבישים פוטוניים. סוג סיב זה נחקר לראשונה בשנת 1996 באוניברסיטת באת', בבריטניה. בגלל יכולתו הטובה בכליאת אור בליבות החלולות ומאפייני כליאה שאינם אפשריים בסיבים אופטיים קונבנציונליים, הסיב הפוטוני-גבישי כעת מיושם רבות בתקשורת מבוססת סיבים אופטיים, במכונות לייזר, בהתקנים לא ליניאריים, במערכות לשידור בהספק גבוה, בחיישני גז רגישים במיוחד ובתחומים רבים נוספים. תת קטגוריות של הסיב הפוטוני-גבישי, כוללות גם סיבים פוטוניים-בנד-גאפ (סיבים פוטוניים-גבישיים המגבילים אור על ידי אפקט הפער האסור), סיבי חור (סיבים פוטוניים-גבישיים המשתמשים בחורי אוויר בחתכים שלהם). סיבים פוטוניים גבישיים עשויים להיחשב כתת-קבוצה של מחלקה כללית יותר של סיבים אופטיים בעלי מיקרו-מבנה, כאשר האור מונחה על ידי שינויים מבניים, ולא רק על ידי הבדלי אינדקסי השבירה.

תיאור

מאז פריצות הדרך המעשיות בשנות ה-70, סיבים אופטיים התפתחו לצורות רבות.

בפרט, סיבים רגילים כמו סיבי גביש פוטוניים מתאפיינים בחתך רוחב, שבדרך כלל אחיד לאורך הסיבים, המורכב מחומר אחד, שניים או יותר, ובדרך כלל מסודרים מעת לעת על פני חלק נרחב של החתך. אזור זה, המכונה "החיפוי", מקיף את הליבה או את מספר הליבות ומגביל את האור הנכנס. לדוגמה, הסיבים שנבחנו לראשונה על ידי פיליפ ראסל כללו סיבי מסוג צורן דו- חמצני המכילים סריג משושה של חורי אוויר, עם ליבה מוצקה או חלולה שבמרכזה עובר האור. תצורות אחרות כוללות טבעות קונצנטריות עשויות משני חומרים או יותר, שהוצעו בראשונה כ"סיבי בראג" על ידי יה ויריב, מבני פרפר, פנדה ומבני חורים אליפטיים (המשמשים להשגת שבירה דו-פעמית גבוהה יותר בשל אי-סדירויות במקדם השבירה היחסי), וספירלה. תכנון זה מאפשר שליטה מדויקת יותר על מאפיינים אופטיים מאחר וניתן לשנות פרמטרים יחידים.

ייצור

סיבים מסוג זה נבנים בדרך כלל באמצעות תהליך דומה לתהליך הייצור של סיבים אופטיים אחרים. תחילה, מכינים מוצק בצורת "פרפורם" בקוטר של כמה סנטימטרים, ולאחר מכן מחממים את הפרפורם ומושכים אותו לקוטר הרבה יותר קטן (לעיתים קרובות קטן ממדי שערה אנושית). תהליך זה מקטין את חתך הפרפורם, אך בדרך כלל שומר על התכונות המקוריות שלו. על ידי תהליך זה ניתן לייצר קילומטרים של סיבים מפרפורם יחיד. חורי אוויר נוצרים בדרך כלל על ידי איסוף מוטות חלולים לתוך חבילה, וחימום החבילה מאפשר להכין מוט בודד עם חורים מסודרים לפני הכווץ. על אף שקידוח או כרסום שימשו בהכנת העיצובים הלא מחזוריים הראשונים, תהליך זה היה בסיס לייצור הסיבים הרכים הראשונים של זכוכית ופולימרים.

רוב סיבי הגביש הפוטוניים נוצרים מזכוכית סיליקה, אך גם נעשה שימוש בסוגי זכוכיות אחרות על מנת להשיג תכונות אופטיות מסוימות, כגון אי-לינאריות אופטית גבוהה. יש גם עניין גובר בייצור סיבים מפולימר, ובמסגרת זו נחקרים מגוון רחב של מבנים. כאלה כוללים מבני אינדקס מדורגים, סיבים המכילים מבנה טבעת וסיבים המכילים ליבה חלולה.

דרכי פעולה

תרשים בתצוגת חתך של שני סוגים של סיבי גביש פוטוניים: מנחה אינדקס (משמאל) ופער פס פוטוני (מימין).

ניתן לחלק את סיבי הקריסטל הפוטוניים לשני מצבי פעולה, לפי מנגנון הכליאה שלהם: הנחיית אינדקס ופער פס פוטוני.

סיבי קריסטל פוטוניים מנחי אינדקס מאופיינים בליבה בעלת מקדם שבירה ממוצע גבוה יותר מזה של החיפוי. הדרך הפשוטה ביותר להשיג זאת היא לשמור על ליבה מוצקה, מוקפת באזור חיפוי מאותו חומר אך עם חורי אוויר, שכן מקדם השבירה של האוויר יוריד בהכרח את מקדם השבירה הממוצע של החיפוי. סיבי גביש פוטוניים אלה פועלים על אותו עיקרון מנחה אינדקס כמו סיבים אופטיים קונבנציונליים - עם זאת, הם יכולים להיות בעלי ניגודיות מקדם שבירה יעילה הרבה יותר בין הליבה והחיפוי, ולכן יכולים להיות חסמים הרבה יותר חזקים עבור יישומים בהתקנים אופטיים לא ליניאריים, קיטוב - שמירה על סיבים. לחלופין, הם יכולים להיעשות גם עם ניגודיות אינדקס אפקטיבית נמוכה בהרבה.

לחילופין, ניתן ליצור סיב גבישי פוטוני פוטוני, שבו האור מוגבל על ידי מרווח פס פוטוני שנוצר על ידי החיפוי המיקרו-מובנית - פס כזה, שתוכנן נכון, יכול להגביל את האור בליבה בעלת אינדקס נמוך יותר ואפילו חלול (אוויר). ) הליבה. סיבי Bandgap עם ליבות חלולות עלולים לעקוף גבולות המוטלים על ידי חומרים זמינים, למשל כדי ליצור סיבים המנחים אור באורכי גל שאין עבורם חומרים שקופים (מכיוון שהאור נמצא בעיקר באוויר, לא בחומרים המוצקים). יתרון פוטנציאלי נוסף של ליבה חלולה הוא שניתן להחדיר באופן דינמי חומרים לתוך הליבה, כגון גז שאמור לנתח את נוכחותו של חומר כלשהו. ניתן גם לשנות את ה-PCF על ידי ציפוי החורים בסול-ג'לים של חומר בעל אינדקס דומה או שונה כדי לשפר את העברת האור.

הִיסטוֹרִיָה

המונח "סיבי גביש פוטוניים" נטבע על ידי פיליפ ראסל בשנים 1995–1997 (הוא קובע (2003) שהרעיון מתוארך לעבודה שלא פורסמה ב-1991).

ראה גם

• סורג בראג סיבים
• סיבים אופטיים
• אופטיקה של אינדקס גרדיאנט
• מצב דולף
• תקשורת אופטית
• מדיום אופטי
• קריסטל פוטוני
• סיב אופטי בקוטר תת-גל

קריאה נוספת

• TA Birks, PJ Roberts, P. St. J. Russell, DM Atkin and TJ Shepherd, "Full Band 2-D photonic gaps in silica/air structures" Electronic Letters 31, 1941-1942 (1995). (הצעת PCF שדווחה לראשונה)
• P. St. J. Russell, "סיבי קריסטל פוטוניים", Science 299, 358-362 (2003). (סיקור מאמר. )
• P. St. J. Russell, "סיבי קריסטל פוטוניים", J. Lightwave. טכנול., 24 (12), 4729–4749 (2006). (סיקור מאמר. )
• F. Zolla, G. Renversez, A. Nicolet, B. Kuhlmey, S. Guenneau, D. Felbacq, "Foundations of Photonic Crystal Fibres" (Imperial College Press, London, 2005).מסת"ב 1-86094-507-4ISBN 1-86094-507-4 .
• RF Cregan, BJ Mangan, JC Knight, TA Birks, P. St.J. ראסל, פי.ג'יי רוברטס ו-DC Allan, "הנחיית פערי פס פוטוניים במצב יחיד של אור באוויר," Science, vol. 285, מס'. 5433, עמ'. 1537–1539, ספטמבר 1999.
• A. Bjarklev, J. Broeng, and AS Bjarklev, "סיבי קריסטל פוטוניים" (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, 2003).מסת"ב 1-4020-7610-XISBN 1-4020-7610-X .
• JM Dudley, G. Genty, S. Coen, "Generation Supercontinuum in Fiber Photonic Crystal," Reviews of Modern Physics 78, 1135 (2006).

קישורים חיצוניים

• המרכז לפוטוניקה וחומרים פוטוניים (CPPM), אוניברסיטת באת [1]
• קבוצה של פרופ. פיליפ סנט ג'ון ראסל במכון מקס פלנק למדע האור בארלנגן [2] עם חומר מבוא, סקירות ומידע על מחקר עדכני.
• אנציקלופדיה לפיזיקה וטכנולוגיה של לייזר על סיבי גביש פוטוניים, עם הפניות רבות
• Steven G. Johnson, הדרכות פוטוני-גביש וסיבים מיקרו-מובנים (2005).
• פיליפ ראסל: סיבי קריסטל פוטוניים, חשבון היסטורי ב: ניוזלטר IEEE LEOS, אוקטובר 2007
• John D. Joannopoulos, Steven G. Johnson, Joshua N. Winn, and Robert D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, מהדורה שנייה (פרינסטון, 2008), פרק 9. (ניתן לקריאה באינטרנט. )
• מצגת במליאת פיליפ ראסל: יישומים מתעוררים של סיבי קריסטל פוטוניים חדר החדשות של SPIE

[[קטגוריה:פוטוניקה]]