PL224674B1 - Światłowód fotoniczny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest światłowód fotoniczny, z grupy światłowodów o pustym rdzeniu, mający zastosowanie zwłaszcza w przesyłaniu krótkich impulsów.

Z polskiego patentu nr 197 264 znany jest światłowód, który zawiera rdzeń o mniejszym współczynniku załamania, który jest otoczony przez płaszcz zawierający obszary o większym współczynniku załamania i jest zasadniczo okresowy, przy czym rdzeń ma najdłuższy wymiar poprzeczny, który jest dłuższy niż pojedynczy najkrótszy okres płaszcza. W światłowodzie tego rodzaju światło jest zasadn iczo zamknięte w obszarze rdzenia na zasadzie szczeliny pasma fotonicznego materiału płaszcza.

Wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania takiego światłowodu, który obejmuje tworzenie pęku prętów, przy czym ten pęk zawiera co najmniej jeden skrócony pręt, który tworzy otwór, a następnie wyciąganie tego pęku w światłowód posiadający podłużną wnękę.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 2013 152 243 A1 znany jest światłowód przeznaczony do tłumienia modów wyższych rzędów. Jest wyposażony w pusty rdzeń oraz mikrostrukturalny płaszcz w którym wykonane są puste obszary boczne, zaprojektowane w celu rezonowania z modami wyższymi rzędów, co prowadzi do ich wytłumienia.

Istota światłowodu, posiadającego mikrostrukturalny płaszcz oraz pusty rdzeń złożony z pustego obszaru centralnego oraz pustych obszarów bocznych, polega na tym, że obszary boczne są połączone poprzez przewężenia z centralnym obszarem rdzenia, tak, że część centralna rdzenia i obszary boczne stanowią wspólną przestrzeń, ponadto cały światłowód ma przynajmniej dwie osie symetrii.

Korzystnie, styczne łączące powierzchnie wewnętrzne obszarów bocznych tworzą boki wielokątów wypukłych.

W wariancie wynalazku, obszary boczne są jednokomórkowe.

Korzystnie, obszary boczne są ułożone naprzeciw siebie, parami na wspólnych osiach symetrii i są jednakowe.

Korzystnie, centralny obszar rdzenia ma powierzchnię przekroju nic mniejszą niż obszary boczne.

Korzystnie, łączny obwód przewężeń nie przekracza połowy obwodu centralnego obszaru rdzenia.

Korzystnie, obszary boczne wraz z centralnym obszarem rdzenia, stanowią figurę geometryczną wklęsłą.

Korzystnie, grubość szkła wokół obszarów bocznych nie spełnia warunku antyrezonansowego, co oznacza, że grubość szkła otaczającego obszary boczne wynosi gdzie n_g jest współczynnikiem załamania szkła, λ - długością fali, a j - liczbą naturalną.

Zaletami tak zbudowanego światłowodu jest możliwość przesyłania krótkich impulsów bez zniekształceń. Dzięki zastosowaniu obszarów bocznych w rdzeniu światłowodu można zredukować wpływ modów powierzchniowych i tym samym uzyskać światłowód o mniejszej dyspersji i mniejszych stratach. Dodatkowo można dobrać wielkość obszarów bocznych i/albo grubość szkła otaczającego rdzeń w taki sposób aby uzyskać pracę jednodomową.

Światłowód rozwiązuje problem techniczny związany z przesyłaniem za pomocą światłowodu bardzo krótkich impulsów (rzędu fs). Dzięki obszarom bocznym możliwe jest zaprojektowanie światł owodu o bardzo niskich stratach i dyspersji umożliwiającego przesyłanie bez zniekształcenia krótkich impulsów.

Światłowód jest bliżej przedstawiony w przykładach realizacji, niezawężających ochrony i w oparciu o rysunek, którego fig. 1 przedstawia ogólny schemat światłowodu, natomiast kolejne figury przedstawiają różne przykładowe warianty struktury wewnętrznej światłowodu, w tym na fig. 6 - wariant ze zwiększoną grubością ścianek otaczających obszary boczne.

P r z y k ł a d 1

Światłowód mikrostrukturalny złożony z periodycznie ułożonych komórek 1 posiada pusty rdzeń złożony z centralnego obszaru rdzenia 2 oraz pustych obszarów bocznych 3, przy czym obszary boczne 3 są połączone poprzez przewężenia 4 z centralnym obszarem rdzenia 2, tak, że centralny obszar rdzenia 2 i obszary boczne 3 stanowią wspólną przestrzeń, ponadto cały światłowód ma dwie

PL 224 674 B1 osie symetrii. Obszary boczne 3 złożone są z 4 sąsiadujących komórek. Obszary boczne 3 są ułożone naprzeciw siebie, parami na wspólnych osiach symetrii i są parami jednakowe. Centralny obszar rdzenia 2 jest złożony z 7 komórek i ma powierzchnię przekroju większą niż każdy obszar boczny 3 złożony z 4 komórek. Łączny obwód przewężeń 4 nie przekracza połowy obwodu centralnego obszaru rdzenia 2. Grubość szkła otaczająca centralny obszar rdzenia 2 oraz obszary boczne 3 jest jednakowa i dla długości fali λ wynoszącej 1550 nm i szkła o współczynniku załamania n równym 1,78 wynosi 260 nm, przez co spełnia warunek antyrezonansowy.

P r z y k ł a d 2

Światłowód jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że obszary boczne 3 występują parami, przy czym jedną parę na wspólnej osi symetrii tworzą obszary boczne 3 utworzone z 4 komórek, a drugą parę na drugiej wspólnej osi symetrii tworzą obszary boczne 3 utworzone z 3 komórek. Grubość szkła otaczająca centralny obszar rdzenia 2 oraz obszary boczne 3 jest różna i dla długości fali λ wynoszącej 1550 nm i szkła o współczynniku załamania n równym 1,78 wynosi 260 nm dla centralnego obszaru rdzenia 2, natomiast dla obszarów bocznych 3 - 520 nm.

P r z y k ł a d 3

Światłowód jak w przykładzie 1 albo 2, z tą różnicą, że obszary boczne 3 leżące na jednej osi symetrii są jednokomórkowe, zaś leżące na drugiej osi symetrii mają wyznaczony przez styczne łączące powierzchnie wewnętrzne obszarów bocznych 3 kształt trójkąta równobocznego. Grubość szkła otaczająca centralny obszar rdzenia 2 oraz obszary boczne 3 jest różna i dla długości fali λ wynoszącej 1550 nm i szkła o współczynniku załamania n równym 1,78 wynosi 260 nm dla centralnego obszaru rdzenia 2, natomiast dla obszarów bocznych 3 - 200 nm.

P r z y k ł a d 4

Światłowód jak w przykładzie 1, 2 albo 3, z tą różnicą, że posiada 6 osi symetrii, natomiast obszary boczne 3 są jednokomórkowe, zaś przewężenia 4 są rozmieszczone w wierzchołkach centralnego obszaru rdzenia 2 o 19 komórkach, który posiada obrys sześciokąta foremnego.

P r z y k ł a d 5

Światłowód jak w przykładzie 1, 2, 3, albo 4 z tą różnicą, iż obszary boczne 3 mają wyznaczony przez styczne łączące powierzchnie wewnętrzne obszarów bocznych 3 kształt trójkąta równobocznego.

Działanie wynalazku polega na wprowadzeniu obszarów bocznych do struktury rdzenia dzięki którym zmienia się rozkład oraz symetria modów prowadzonych w światłowodzie. Dodatkowo, manipulując wielkością i kształtem obszarów bocznych można zredukować wpływ modów powierzchniowych na mody podstawowe i/lub zwiększyć wpływ modów powierzchniowych na mody wyższych rzędów. Bardzo duży wpływ na mody powierzchniowe ma grubość szkła otaczającego rdzeń oraz rozmiar rdzenia. Minimalna liczba modów powierzchniowych występuje wtedy, gdy T = S/2, gdzie T to grubość ścianki wokół rdzenia, a S jest grubością ścianek szkła w płaszczu. Taką konstrukcję światłowodu można uzyskać między innymi, gdy składa się światłowód z kapilar, które mają grubości ścianek równe S. Dodatkowo, natężenie pola na granicy szkło-powietrze jest minimalne gdy grubość szkła wokół rdzenia spełnia warunek antyrezonansowy czyli:

(2j + 1)2 4 - l gdzie n_g jest współczynnikiem załamania szkła, λ - długość fali, j = 1,2, 3, ...

W odróżnieniu od sposobu redukowania wpływu modów powierzchniowych polegającym na zwiększaniu średnicy rdzenia, konstrukcja światłowodu według wynalazku nie prowadzi do powstawania dodatkowych modów wyższych rzędów i związanego z tym zjawiska dyspersji międzymodowej, które jest odpowiedzialne za zniekształcenia bardzo szybkich impulsów prowadzonych w światłowodzie. Obszary boczne służą również do wytłumienia modów wyższych rzędów. Gdy efektywny współczynnik załamania modów prowadzonych w obszarach bocznych jest zgodny z efektywnym współczynnikiem modu wyższego rzędu prowadzonego w centralnej części rdzenia następuje pomiędzy nimi sprzężenie co prowadzi do wytłumienia modów wyższych rzędów. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie pracy jednomodowej.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Światłowód fotoniczny posiadający mikrostrukturalny płaszcz oraz pusty rdzeń złożony z pustego obszaru centralnego oraz pustych obszarów bocznych, znamienny tym, że obszary boczne (3) są połączone poprzez przewężenia (4) z centralnym obszarem rdzenia (2), tak, że część centralna rdzenia (2) i obszary boczne (3) stanowią wspólną przestrzeń, ponadto cały światłowód ma przynaj mniej dwie osie symetrii.
2. 2. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że styczne łączące powierzchnie wewnętrzne obszarów bocznych (3) tworzą boki wielokątów wypukłych.
3. 3. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że obszary boczne (3) są jednokomórkowe.
4. 4. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że obszary boczne (3) są ułożone naprzeciw siebie, parami na wspólnych osiach symetrii.
5. 5. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że obszary boczne (3) leżące naprzeciw siebie są jednakowe.
6. 6. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że centralny obszar rdzenia (2) ma powierzchnię przekroju nie mniejszą niż obszary boczne (3).
7. 7. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że łączny obwód przewężeń (4) nie przekracza połowy obwodu centralnego obszaru rdzenia (2).
8. 8. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że obszary boczne (3) wraz z centralnym obszarem rdzenia (2) stanowią figurę geometryczną wklęsłą.
9. 9. Światłowód według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość szkła otaczającego obszary boczne (3) wynosi gdzie n_g jest współczynnikiem załamania szkła, λ - długością fali, a j - liczbą naturalną.