Полые микроструктурированные световоды с отрицательной

А.Н. КОЛЯДИН, А.Ф. КОСОЛАПОВ,
А.Д. ПРЯМИКОВ, А.С. БИРЮКОВ
Научный центр волоконной оптики РАН, Москва
ПОЛЫЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СВЕТОВОДЫ
С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ КРИВИЗНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СЕРДЦЕВИНЫ ДЛЯ СРЕДНЕГО ИК
ДИАПАЗОНА
В данной работе теоретически и экспериментально демонстрируется возможность передачи излучения в
широком спектральном диапазоне с малыми потерями в полых микроструктурированных световодах с
отрицательной кривизной поверхности сердцевины.
Полые микроструктурированные световоды являются новым типом оптических волоконных световодов
с уникальными свойствами, которые могут быть использованы во многих областях, начиная с передачи
высокомощного излучения и ультракоротких импульсов, и заканчивая эффективным взаимодействием
между излучением и газовыми средами, заполняющими сердцевину. Излучение локализуется в воздушной
сердцевине полых световодов, окруженной микроструктурированной оболочкой. При этом оно
распространяется главным образом по воздуху, что позволяет избежать значительных материальных потерь.
Мы демонстрируем теоретически и экспериментально передачу излучения в широком спектральном
диапазоне с малыми потерями в полых микроструктурированных световодах с отрицательной кривизной
поверхности сердцевины [1]. Показано, что относительно простая оболочка, состоящая из одного ряда
кварцевых капилляров, позволяет передавать излучение в среднем ИК диапазоне, несмотря на высокие
материальные потери в кварцевом стекле. Оболочка с «отрицательной» кривизной приводит к
существенному усложнению граничных условий для мод сердцевины и усилению их локализации, а также
снижает их взаимодействие с собственными состояниями оболочки световода, что, в свою очередь,
приводит к снижению потерь на вытекание.
Был вытянут световод из кварцевого стекла (Suprasil F300) с одним рядом из восьми капилляров. На
рис. 1 представлены теоретический и экспериментальный спектры потерь световода, а также спектральная
зависимость материальных потерь. На рис. 2 представлена фотография световода. Как видно из графика,
теоретические расчёты достаточно точно предсказывают расположение границ зон пропускания
полученного световода. Несовпадение величины теоретических и экспериментальных потерь объясняется
тем, что при измерении на длинах световода меньше одного метра в нём продолжают присутствовать сильно
вытекающие моды высоких порядков. Таким образом, измерения дают только верхний предел уровня
потерь.
Однако этого достаточно, чтобы утверждать, что в полученных зонах пропускания на 6 и на 7,6 мкм
потери, как минимум, на три порядка ниже чем в кварцевом стекле, что подтверждает слабую связь моды
сердцевины с материалом оболочки и является уникальным результатом.
- Расчётные Потери
 - Экспериментальные Потери
_._._ - Потери в Кварцевом Стекле
1000000
100000
Потери (дБ/м)
10000
1000
100
10
1
0,1
0,01
1E-3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Длина волны (мкм)
Рис. 1. Экспериментальный и теоретический спектры потерь световода
и спектральная зависимость материальных потерь
Рис. 2. Фотография торца световода
Список литературы
1. Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Kosolapov A.F., et. al. Demonstration of a waveguide regime for a silica
hollow - core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectral region >
3.5 mm. Optics Express. 2011. V.19. P.1441-1448.