Фотонно-кристаллический волновод

Фотонно-кристаллический волновод (световод) (дырчатый волновод) — класс оптических волноводов, в котором фотонные запрещенные зоны (ФЗЗ) реализованы путем создания структуры двумерного фотонного кристалла на основе композиции «кварцевое стекло — воздух», формируемой в оболочке оптического волновода.

Поперечное сечение фотонно-кристалического волновода, постоянное по длине волокна, представляет собой двумерный фотонный кристалл (ФК) с точечным дефектом, расположенным, как правило, в центре симметрии волновода. Структура двумерного ФК формируется в оболочке с помощью симметрично расположенных вокруг сердцевины полых капилляров в виде круглых или шестигранных плотноупакованных диэлектрических трубок, создающих периодическую двумерную макрорешетку. При определенных условиях такая структура может формировать ФЗЗ. Основная особенность ФКВ в том, что распространение энергии световой волны в таком ОВ происходит вдоль линейного дефекта, которым является, как правило, область сердцевины, а сама волна существует в виде поперечной моды TE01 или TM01, то есть в поперечном сечении волокна (или в плоскости решетки ФК). ^[1]

Классификация

Существует два основных типа фотонно-кристаллических волноводов :

• ФКВ с сердцевиной из чистого кварцевого стекла, обладающей высоким показателем преломления, и окружающей ее оболочкой, имеющей структуру двумерного ФК и характеризующейся неким эффективным (низким) показателем преломления. Характерным для данного ФКВ является то, что оно похоже на обычное ОВ, и свет в нем направляется по сердцевине на основе закона полного внутреннего отражения, но мода — не продольная, а поперечная;
• ФКВ с полой (воздушной) сердцевиной, имеющей низкий показатель преломления, и окружающей ее оболочкой со структурой двумерного ФК, обладающей неким эффективным показателем преломления, высоким по отношению к показателю преломления сердцевины. Данное ФКВ не похоже на обычное ОВ, так как в нем не может быть полного внутреннего отражения. Определенная же световая мода направляется по полой сердцевине благодаря локализующему и направляющему свойству сформированной ФЗЗ.

Особенности

Благодаря периодическому расположению воздушных отверстий в стекле спектр пропускания подобной структуры для определенных направлений характеризуется наличием ФЗЗ — областей частот, в которых излучение не может проникать в оболочку волновода. Одно из основных преимуществ дырчатых волноводов связано с возможностью реализации в них одномодового режима распространения излучения в очень широкой спектральной области. В обычных оптических волноводах спектральная область существования одномодового режима распространения излучения, как правило, относительно невелика. В дырчатых волноводах спектральная область одномодового режима распространения излучения за счет изменения эффективного показателя преломления оболочки при варьировании частоты излучения.^[2]

Примечания

Список использованной литературы

• Слепнев Н. Н. Оптоэлектронные системы // Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2004 — № 5.
• Желтиков А. М. Дырчатые волноводы, УФН 2000—170, № 11