گروه صنعتی تولید

پراکندگی رامان برانگیخته در فیبرهای کریستالی فوتونیکی هسته‌ی مجوف

چکیده

در این مقاله یک نمایش تجربی از پراکندگی رامان برانگیخته در یک فیبر کریستالی فوتونیکی هسته‌ی مجوف و پرشده با اتانول معرفی می‌شود. علاوه بر این، با ترکیب خواص انتقال اصلی این فیبرها با یک مایع بسیار-غیرخطی، یک ژنراتور رامان بسیار کارآمد ساخته می‌شود. این تکنیک را می‌توان در سایر مکانیسم‌های غیرخطی دیگر به کار برد و از این طریق، افق جدیدی در جهت تحقق استفاده از اجزای فیبری در سیستم‌های اپتیکی گشوده می‌شود.

1. مقدمه

اختراع یک دهه‌ی پیش فیبرهای کریستالی فوتونیکی [1,2]، خواص اصلی انتشار نور را نشان می‌دهد. این خواص، استفاده از این فیبرها را برای کاربردهای اپتیک غیرخطی ازجمله تولید سوپرکانتینیوم برای طیف‌سنجی، و بیوفوتونیک یا جفت‌های فوتونی همبسته برای اپتیک کوانتومی، جذاب‌تر کرده است. با این حال، عملکرد این فیبرها در اینگونه کاربردها، با خواص غیرخطی ضعیفی از مواد هسته (سیلیس) محدود می‌شود. نخستین ایده، استفاده از مویینه‌های هسته‌ی مجوف و پرکردن این هسته‌ها با یک مایع بسیار غیرخطی است. این راه‌حل به منظور داشتن یک هدایت تک حالته با بازتاب داخلی کلی، به استفاده از مایع‌هایی با ضریب شکست اندکی بالاتر از سیلیس (1.45) محدود می‌شود. علاوه بر این، در این حالت استفاده از گاز با ضریب شکست نزدیک به 1، امکان‌‌پذیر نیست. راه ‌حل ممکن، استفاده از فیبرهای کریستالی فوتونیکی با هسته‌ی مجوف (HCPCF) و پرکردن آن با یک محیط بسیار غیرخطی مثل گاز [3] یا مایع [4,5] است. بنابراین استفاده از HCPCF پرشده با یک ماده‌ با پذیرفتاری غیرخطی قوی، مثل یک مایع یا گاز، باید قابلیت بهبود عملکرد اجزای فیبری را داشته و چشم‌اندازهای جدیدی را به لطف انتخاب‌های گسترده‌ی گازها و مایعات پرکننده‌ی فیبر، ارائه دهد. ما در این تحقیق، HCPCFهای پرشده با مایعات را مطالعه کرده‌ایم. در ادامه دو نوع هدایت را که در اینگونه فیبرها امکان‌پذیر است، نشان می‌دهیم. سپس یک آزمایش از پراکندگی رامان برانگیخته را در یک HCPCF پرشده با مایع و همچنین نتایج منتج از آن را ارائه می‌دهیم.

بیشتر بخوانید: پمپ وکیوم چیست؟

2. مکانیسم هدایت در HCPCF پرشده با مایعات

در HCPCF، حفره‌ی مرکزی فیبر با یک روکش فلزی، حاوی حفره‌های هوا در یک ساختار تناوبی احاطه شده است. در فیبرهای پرشده با مایع که ضریب‌شکست آن کوچکتر ازسیلیس است، دونوع هدایت امکان‌پذیر است.

از طرف دیگر، وقتی تنها حفره‌ی مرکزی با مایع پر می‌شود، ضریب موثر روکش فلزی را به لطف حضور حفره‌های هوای روی آن، می‌توان کمتر از ضریب مایع در نظر گرفت. در این حالت، هدایت را می‌توان با استفاده از بازتاب داخلی کلی به دست آورد. با این حال، به منظور داشتن یک هدایت تک حالته، ضریب مایع باید اندکی بالاتر از ضریب موثر روکش فلزی باشد. برای یک فیبر مشخص، انتخاب مایع محدود است. همچنین این تکنیک مستلزم مسدودکردن حفره‌های روکش فلزی در هر دو انتهای آن است (به عنوان مثال با یک فیبر فیوژن- متصل کننده و تنها به منظور پرکردن هسته).

از طرف دیگر، یک خاصیت اصلی از HCPCF، حضور نوارهای انتقالی است که در آن انتشار نور مستقل از ضرایب هسته و روکش فلزی است. در این حالت، هدایت نور در هوا با استفاده از اثرات گاف انرژی فوتونیکی قابل دستیابی است.