الملخص:

مظاهرات حديثة رائعة من منخفضة للغاية اقتران مثبط (جي) جوفاء الأساسية فوتويك كريستال ألياف (HCPCFS) أنشئت لهم كمرشحين جادين ل الجيل التالي مسافات طويلة الألياف البصرية أنظمة. عائق لهذه الاحتمال وأيضا إلى Haul-Haul تطبيقات مثل Micromachining، حيث مستقرة و جودة عالية هناك حاجة إلى توصيل شعاع، هي صعوبة في تصميم وتصنيعها توجيهات IC-Guide الألياف التي تجمع بين منخفض جدا خسارة، عالية الجودة قوية واحدة، و الاستقطاب الصيانة التشغيل. تتطلب حلول التصميم المقترحة حتى الآن مفاضلة بين الخسارة المنخفضة وحقها هنا، نقترح رواية IC-HCPCF لتحقيق انخفاض الخسارة وفعالة وضع واحد التشغيل. الألياف وهبت مع الكسوة المختلطة تتكون من A Kagome أنبوبي شعرية (HKT). هذا مفهوم جديد من المجهرية تتيح لنا الكسوة أن تقلل بشكل كبير من فقدان الحبس، وفي الوقت نفسه، الحفاظ على ما يقرب حقا وضع واحد التشغيل. النتائج التجريبية تظهر AN HKT-IC-HCPCF مع الحد الأدنى من فقدان 1.6 DB / KM في 1050 نانومتر و نسبة انقراض الوضع عالية كما 47.0 DB لمدة 10 أمتار طويلة الألياف. متانة الألياف فردية واحدة يتم اختباره من خلال تحريك الألياف واختلاف اقتران الشروط. التصميم المقترح هنا يفتح طريقا جديدا لتطوير HCPCFS التي تجمع بين القوية منخفضة للغاية انتقال و وضع واحد شعاع التسليم ويوفر نظرة جديدة في IC إرشادات.

مقدمة:

بسبب بهم أداء ممتاز كمنصة لدراسة الفيزياء الأساسية ولمعالجة المشاكل المطبقة في الضوئيات، جوهرة الأساسية فوتويك كريستال ألياف (HCPCFS) مواصلة أن تكون موضوع بحث مكثف منذ بهم الاقتراح النظري في 19951. هذه المصالح مدفوعة بإنجاز نتائج رائعة في العلوم، مثل الذرة البصريات 2 و القائم على الغاز البصريات غير الخطية 3، وفي الصناعة، مثل نبض قصير جدا شعاع الليزر عالية الطاقة التسليم 4. علاوة على ذلك، الفيزياء HCPCF التوجيه البصري لا يزال موضوعا رائعا ومستمرا من بحث 5.

اليوم، نحن نميز نوعين من HCPCF: نوع واحد أدلة عبر a pubonic bandgap . (PBG) 1 ونوع ثاني يدفع عبر آلية اقتران مضاعفة (جي) البصرية Guidance6. في بكثافة مصورة يتم توجيه الألياف والضوء بسبب الألياف المجهرية تم تصميمه بحيث لا يوجد وضع الكسوة الذي يمكن أن يكون الوضع الأساسي زوجين. على العكس، في ألياف IC، على الرغم من لا يوجد Bandgap في الكسوة فعالة التردد مساحة فهرس الانكسار، اقتران الوضع الأساسي على الكسوة تمنع بشدة بسبب التداخل المكاني المنخفض بين توزيع حقل وضع الأساس والكسر، وعدم عدم تطابق قوي بين المراحل المكانية المستعرضة من هؤلاء modes7. هذه قدمت المبادئ أدوات مفاهيمية لإدخال كفاف نواة نقص الصوت (I.E.، سلبي انحناء) Concept8،9، التي مكنت تعزيزا كبيرا في الحبس الخفيف من هؤلاء الألياف، كما هو مثال من قبل IC-Guide نقص الصوت كاتور الأساسية Kagome . شعرية HCPCFS و حلقة واحدة شعرية أنبوبي (SR-TL) HCPCFS10. التوضيح التجريبية من الانحناء السلبي Core-Contour التأثير هو انخفاض أرقام الخسارة في Kagome HC-PCFS إلى 8.5 DB / KM AT 1030 NM11، وهو أقل بكثير من DB / م مستوى الخسارة المبلغ عنها في الأول Kagome fibre12، وتحقيق الأمثل SR-TL HCPCFS . مع فقدان انتقال منخفض as 7.7 DB / KM في 780 NM7 و 13.8 DB / KM في 539 NM13. من بين الاستنتاجات الجديرة بالملاحظة لهذه الجهد هي حقيقة أن الأطوال الموجية أقصر ~ 1 ميكرون، وفقدان الإرسال لم يعد يقتصر على الكسوة التصميم. بدلا من ذلك، و خشونة السطح انتشار فقدان (SSL) هو الحد العامل. من ناحية أخرى، للأطوال الموجية لفترة أطول ~ 1 ميكرون، فقدان الحبس (CL)، وبالتالي فإن تصميم الكسوة، لا يزال العامل المحدد في IC-HCPCF انتقال الأداء 7. في الآونة الأخيرة، تم تقديم تصاميم الكسوة المنحنية السلبية الجديدة، وقيم CL أقل هؤلاء . من Kagome-HCPCFS و SR-TL HCPCFS . كانت أظهرت. تم الإبلاغ عن أرقام فقدان الإرسال الواعدة للغاية، كما هو مثال من قبل شخصيات 2 DB / KM في 1512 نانومتر للكسوة أنبوبي الملتصقة HC-PCFS14 و 0.28 DB / KM في 1550 نانومتر ل nested15 الأكساد أنبوبي HCPCFS. يلخص الجدول 1 أرقام الخسارة المقاسة في التمثيل HCPCFS.

في حين أن اتجاه انخفاض مؤخرا في IC-HCPCF أرقام الخسارة ملحوظة، والتحدي الحالي في هذا المجال هو تصميم وتصنيع التوجيه IC-Guide الألياف التي تجمع بين Ultralow الخسارة، وحية واحدة من نوعها، و الاستقطاب الاحتفاظ بها العملية، خاصة في الأطوال الموجي أقصر بكثير 1550 NM، على سبيل المثال، حوالي 1 ميكرون. إلى . توضيح الصعوبة في الجمع فقط فردية واحدة و Ultralow خسارة في IC-Guide ألياف في ~ 1 ميكرون، نتذكر التالية. يتحدث بدقة، في التوجيه IC- ألياف، فردية واحدة مستحيل من الوجود في كل مكان ترتيب أعلى أوضاع في الألياف الأساسية. ومع ذلك، يمكن للمرء أن يقترب من وضع واحد حقا العملية إذا كانت نسبة انقراض الخسارة بين أدنى وضع الخسارة (عادة، الوضع الأساسي الأساسي و ثاني أدنى وضع الخسارة هو بما فيه الكفاية عالية. تم تحقيقه بنجاح في ستة أنبوب SR-TL HCPCFS . بفضل النسبة الكافية بين أقطار أنبوب الأساس والشبكة، DTUBES / DCORE، تحسب أن تكون 0.68، والتي توفر مؤشر الانكسار الفعال مطابقة بين LP11-Like أوضاع الأساسية (والتي عادة ما تكون الملوثة الرئيسية المرتبة العليا الوضع في الألياف مشروط المحتوى) والأساسية LP01 مثل وضع أنابيب شعرية 16،17،18. ومع ذلك، فإن إزعاج هذا النهج هو أن CL من الوضع الأساسي الأساسي مرتفع بكثير من النواة الصغيرة قطر. for . مثال، GAO ET آل. قيم الخسارة المقاسة حوالي 500 DB / KM للأطوال الموجية حوالي 1 ميكرون مع ستة أنبوب SR-TL HCPCFS19. من ناحية أخرى، فإن الرقم الحد الأدنى من الخسارة المبلغ عنها في الأدب متى باستخدام IC-Guide ألياف حوالي 1 ميكرون هو 2.5 DB / كم، والتي تم الحصول عليها باستخدام الكسوة الأنبوبية المتداخلة HCPCF20. ومع ذلك، فإن النسبة بين قيم فقدان الأساسي و LP11 - مثل الأوساط في الألياف المتداخلة هي عادة أقل 20 DB15، وهو أدنى بكثير من النسبة التي تحققت في شعرية ستة أنبوب SR-TL HCPCFS، والتي يمكن أن تكون أعلى 30 DB18. في حين أن هذه النسبة كافية لتحقيق فعالة وضع واحد العملية تحت ظروف ثابتة من خلال اقتران ضوء الإدخال المناسب، يصبح مشكلة ضمان فردية واحدة في الظروف حيث الألياف تحت حركة ثابتة و الانحناء. الجدول 1 يلخص قياس ترتيب أعلى مستويات انقراض الوضع في التمثيل HCPCFS.

الجدول 1 ملخص أرقام خسائر الإرسال المقاسة و HUM (ترتيب أعلى الوضع) الانقراض في التمثيل HCPCFS

حجم الجدول الكامل

هنا، نقدم تصميم وتصنيع رواية HCPCF هيكل يجمع بين وضع واحد العملية و ultralow CL. يعرض تصميم الكسوة شعرية هجينة مصنوعة من Kagome والكسور أنبوبي المشابك. يسمح استخدام اثنين من الأكاليف IC بانخفاض في CL مع الحفاظ على أساس الألياف. شعرية فعالة وضع واحد التشغيل. كما هو موضح في ما يلي، الحد الأدنى من فقدان الرقم 1.6 DB / KM في 1050 يمكن تحقيق NM بشكل تجريبي باستخدام هذه الألياف التصميم. علاوة على ذلك، يتم قياس محتوى مشروط للألياف باستخدام Spatially و Spectrally (S2) التصوير تقنية 21. الترتيب العالي يتم قياس مساهمات الوضع للحصول على نسبة الانتظار القصوى منخفضة as 47.0 DB للألياف الطويلة 10 م تحت اقتران محسن الشروط. أخيرا، وبقانة الألياف وضع واحد تم التحقق من الحرف عن طريق فحص وضع الإخراج، في حين أن الألياف تتحرك وتغيير الاقتران الشروط. نحن نعتقد أن تصميم الألياف المقترح هنا يوفر وسيلة جديدة للحصول على انخفاض الخسارة وضع واحد HCPCFS.

النتائج:

التصميم المنطقي

الشكل 1 يلخص هيكل الألياف المقترحة، الهجين Kagome أنبوبي شعرية (HKT) HCPCF، وتصميمه الأساس المنطقي. الشكل 1A يظهر الألياف المستعرض الهندسية البنية المجهرية. وهب مع A شعرية الكسوة. يتكون الكسوة الداخلية من شعرية من ستة أنابيب، والتي Demarks الألياف الأساسية. ستة أنبوب تم اختيار Lattice لتحقيق فعالة وضع واحد عملية عبر ترشيح الرنين من LP11 Mode16،17،18. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الكسوة الداخلية تبرز بسبب من عدم وجود عقد اتصال، تفضل IC Guidance7. الكسوة الخارجية لل HKT-HCPCF يشتمل على Kagome هيكل شعرية فيه شعرية أنبوبي جزءا لا يتجزأ من. كما سيتم إثباتها في ما يلي، تعزز رابطة اثنين من تكثيف IC من الحبس الخفيف في الأساس ويقلل من الألياف CL صراحة.

نحن بدء تحليلنا من خلال النظر في نسخة مثالية من HKT-HCPCF التي فيها أنبوبي و kagome المشابك ليست فعليا متصلة. على الرغم من أن الهيكل المثالي غير واقعي، فإنه يسمح باستكشاف إمكانات تصميم الرواية المقترح هنا لتوفير Ultralow الخسارة، وتعميق فهمنا لتعزيز قدرات الحبس عندما الجمع بين اثنين من الكسوة ic علاوة على ذلك، فإن النسخة المثالية من الألياف تعمل بمثابة تترويجي و الأداة التي تكشف عن أهم عناصر التصميم والجوانب المادية للهندسة المعمارية الألياف المقترحة، وهي أهمية وجود تباعد مناسب بين البطاليات الداخلية والخارجية، تأثير عدد Kagome طبقات الكسوة، وموقع قنوات التسرب في هيكل . عرض أ قابلة للتحقيق نسخة من HKT-HCPCF سوف تتبع دراسة النسخة المثالية من ذلك.

يقود تصميم الألياف إلى المبادئ التوجيهية لآلية توجيه IC 6،7. تصنع الكسوة الداخلية مع ستة أنابيب عزلية بسبب القيام بذلك يضمن وضع واحد العملية وهي باطلة من الاتصال العقد. يتكون الكسوة المحيطة باستخدام الكسوة IC أخرى، أي Kagome شعرية، للحد من الأنفاق تسرب. علاوة على ذلك، يتم تقليل CL الناجم عن العقد والانحناءات الحادة في الكسوة الخارجية، منها من بهم مساحة أكبر من الألياف الأساسية.

الشكل 1B يظهر الأقسام المتقاطعة من تصاميم الألياف (FDS)، ندرس هنا (LHS) و بهم المعني محاكاة CL كدالة لقيم التردد الطبيعي، F = (2T / λ) N2G-1 ----- √ (1.45). التصميم الأول (FD # 1، الأرجواني خط) يتكون من A 6-Tube هيكل شعرية لمن الحد الأدنى لقيم CL تقريبا 1650 DB / KM، 20 ديسيبل / KM، و 3 DB / KM في النظام الأساسي الأول، و الترتيب الثاني عصابات نقل الحركة، على التوالي. التصميم الثاني (FD # 2، Green خط) استنساخ 6 أنبوب شعرية SR-TL HCPCF. تظهر النتائج أن إقلاب أنابيب المعلقة يؤثر على طيف CL أقل ما يقال، مع زيادة في أرقام الخسارة أعلاه تقريبا 1900 DB / KM، 40 ديسيبل / KM، و 5.5 DB / كم، على التوالي. FD . # 3 (الرمادي خط)، بدوره، هو نسخة معدلة من تصميم شعرية أنبوبي مع أنابيب بالكامل معزولة. تم تعيين التباعد بين أنابيب شعرية وسترة السيليكا إلى 1.59 ميكرون. في هذا التصميم المثالي، يؤثر وجود فجوة بين الأنابيب والججة على قيم CL، والتي تم العثور عليها لتكون أقل هؤلاء . محسوبة FD # 1 و FD # 2.

الخط الأزرق في الشكل 1B يظهر CL ل Kagome شعرية HCPCF، التي تم تحديدها "FD # 4. for . هذا التصميم، الحد الأدنى من أرقام CL تقريبا 440 DB / KM، 50 ديسيبل / KM و 30 DB / KM في النظام الأساسي الأول، و الترتيب الثاني عصابات نقل الحركة، على التوالي. نحن ملاحظة لهذه الألياف هيكل التذبذب في مجموعة CL بسبب توصيل الدعامات أو العقد 6، والتي يمكن أن تزيد محليا أو تقليل CL مقارنة ب FD # 1 و FD # 2.

HKT-HCPCF نقترح هنا يتم تحديدها في الشكل 1B as FD # 5. الخط الأحمر في الشكل 1B يظهر الحالة المثالية لهذا هيكل. في هذه الحالة، لا يوجد اتصال مادي بين أنبوبي و Kagome Lattices، ويتم تعيين التباعد بين المشابك إلى 1.59 ميكرون. على الرغم من هذا ليس تصميما ممكنا من الألياف، فإنه ينقل إمكانات هذا التصميم الجديد لتحقيق انخفاض كبير بشكل مثير للإعجاب منخفضة as 0.35 DB / KM، 7 × 10-5 DB / KM و 8.6 × 10-6 DB / KM للأطوال الموجية داخل الجريمة الأساسية الأولية و عصابات نقل الحركة، على التوالي. من الجدير بالذكر أن القيم الأخيرة لهذه الهيكل المثالي أقل بكثير من مستوى التوهين الحالي من الصلبة الأساسية الألياف، يمثلها الخط الأصفر المتقطع في الشكل 1B22. بالإضافة إلى ذلك، هناك اختلاف معبري في خمسة أوامر من الحجم بين CL من FD # 5 و هؤلاء تحسب للتصاميم الأخرى، كما أكد من قبل السهم الأسود في الشكل 1 ب. خاصة، مقارنة بين نتائج FD # 3 و FD # 5 يسمح بتنديد تخفيض CL باستبدال سترة السيليكا متجانسة من قبل Kagome المجهرية.

الشكل 1C يظهر التطور، فيما يتعلق التباعد بين المكدس الداخلي والخارجي في FD # 3 و FD # 5 (G، انظر Inset من الشكل 1C)، من الحد الأدنى CL في الإرسال الأول والثاني العصابات. نتائج FD # 5 إظهار ذلك بسهولة، للحصول على انخفاض كبير في CL، يجب أن يكون G أكبر من قيمة حاسمة GCR. متى G يتنوع من 0.68 إلى 1.51 ميكرون، قطرها CL من 4.1 × 10-3 DB / KM إلى 3.5 × 10-4 DB / KM في F = 1.66 ومن 1.7 × 10-4 DB / KM إلى 5.8 × 10-6 DB / KM في F = 2.58. القضية حيث g = 0 يظهر أيضا في الشكل 1C. for . هذه الحالة، قيم CL أعلى بكثير، عالية كما 1.7 DB / KM في F = 1.66 وعلى ارتفاع 2.4 DB / KM في F = 2.58. في هذه المحاكاة، يتم تحقيق تغيير في قيم G من خلال توسيع Kagome شعرية الملعب بحيث قطر الأساسي (DCORE = 35 ميكرون)، المسافة بين أنابيب الكسوة (δ 6.5 ميكرون)، وسمك الأنابيب و kagome المشابك (TTUBES = Tkago = 1100 NM) يمكن أن يكون الحفاظ عليها. بناء على البيانات المقدمة في الشكل 1C، قيمة g الحاسمة (GCR) وجدت لتكون تقريبا 1.5 ميكرون لتحقيق التخفيض الدرامي في CL في HKT-HCPCF تصميم مقارنة مع ذلك في المعتاد Kagome الألياف أنبوبي التصاميم. من الجدير بالذكر أن نتائج دراستنا العددية (غير تشير أيضا إلى أن موقف السماد للكسوة الداخلية بالنسبة للكسر الخارجي يؤثر على CL. نتائج FD # 3، بدوره، تعليم أيضا أن زيادة G يستلزم انخفاضا في CL القيم. ومع ذلك، نظرا لأن القوة الحصرية لسترة السيليكا متجانسة منخفضة، فإن اتجاه انخفاض قيم CL غير متطرف كما هو الحال في FD # 5.

علاوة على ذلك، يمكن توسيع مفهوم تخفيف CL من خلال ربط اثنين من مشطارات IC إلى هياكل الكسوة IC الأخرى، مثل هؤلاء مع الكسبات الداخلية المصنوعة من أنابيب متداخلة أو أنابيب ملتصقة (انظر مواد تكميلية لمزيد من المعلومات). CL الذي تم الحصول عليه مع كل من الأنبوب المتداخن والبطالبات الداخلية الملتصقة قابلة للمقارنة مع شعرية أنبوبي، ولكن عرض طيف خسارة منظم بسبب من وجود الاتصال العقد. علاوة على ذلك، هو بالذكر أنه من الصعب بشكل خاص الوفاء بالمطابقة المرحلة المطلوبة بين LP11 الوضع الأساسي و LP01 أوضاع الهواء الكسوة الداخلية ل كلية واحدة متى باستخدام أنبوب متداخل المشابك. بالإضافة إلى ذلك، تمديد التصميم الهجين إلى هياكل الكسوة الخارجية المختلفة هياكل IC هي الاتجاه المعقول . for . مثال، يمكن للمرء أن يقترح تكوين مختلف الذي الخارجي Kagome يتم استبدال شعرية ب A PBG الكسوة. في الواقع، فإن مفهوم رابطة اثنين من الكسالتين لتعزيز الحبس الخفيف يبقى صالح. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات إذا تم اختيار هذا النهج منذ يجب أن تؤخذ الرعاية في تصميم وتصنيع الواجهة بين المكدس الداخلي والخارجي، وفي اختيار بهم الهيكلية المعنية الأبعاد.

إلى . توفير نظرة ثاقبة في الزيادة في قوة الحبس في HKT شعرية الكسوة، نتذكر أنه، على النقيض من PBG ألياف، لمن أرقام الخسارة رتابة انخفاض عدد متزايد من Licting Layers23، CL في Kagome الألياف لا تعرض نفس السلوك. بدلا من ذلك، الحد الأدنى CL في Kagome يتم الوصول إلى الألياف لعدد مثالي من الطبقات، التي تنبع من مفاضلة بين هيكل الكسوة محصور القوة والنمو في كثافة الكسوة الدول 6. في الواقع، على الرغم من يؤدي إضافة طبقات الكسوة إلى تحسين الحبس في الوضع في النواة، فإنه ينشئ بشكل متزامن أوضاع تكسية إضافية يتميز به الوضع الأساسي ضعيفا، وبالتالي يستلزم المزيد لذلك، الأمثل CL في Kagome يتم إنجاز المشابك عن طريق النظر بشكل مناسب في التسوية بين عدد Pubonic الدول في الكسوة والقوة الحصرية هيكل هذا يتم التحقيق في الميزة وإثباتها في دراسة منهجية موجزة في التين. 2 و 3.

الشكل 2 يوضح CL متى النظر في 6 أنبوب هيكل شعرية وإضافة Kagome هيكل حول طبقة الكسوة الأنبوبية من قبل طبقة. for . البساطة، نحدد المعلمة ξ كما النسبة بين سمك الكسوة الخارجية التي تعتبر في المحاكاة و kagome الكسوة الملعب. في تحليلنا، ξ تباين من 0 (رقم Kagome الكسوة) إلى 2 (Kagome شعرية تتكون من حلقتين من الأنابيب)، وترد قيم CL المحسوبة في الشكل 2A. الشكل 2B يظهر قيم CL لشخصين تطبيع وتطبيع القيم (F = 1.66 و f = 2.58). تأثير إضافة Kagome الكسوة على معدل انخفاض CL جذرية للغاية بين ξ = 0 و ξ = 0.5 و Genterler for ξ > 1. في F = 1.66، يتم احتساب CL ليكون 17.4 DB / KM متى ξ = 0 و 6.5 × 10-3 DB / KM متى ξ = 0.5. في F = 2.58، الحساب CL 1.5 DB / KM متى ξ = 0 و 1.6 × 10-4 DB / KM متى ξ = 0.5. متى ξ = 1 و ξ = 2، هناك انخفاض آخر، ولكن بمعدل أبطأ، يلاحظ في القيم CL في F = 1.66، يتم احتساب CL AS 1.1 × 10-3 DB / KM متى ξ = 2. في F = 2.58، يتم احتساب CL AS 1.0 × 10-5 DB / KM متى ξ = 2. هنا، هو تستحق الإشارة أن وجود kagome الكسوة التي شكلها أكثر من حلقتان من الأنابيب (I.E.، وجود ξ > 2) يستلزم انخفاض هامشي في CL24. في المحاكاة المعروضة في الشكل 2، القطر الأساسي (DCORE = 33.5 ميكرون)، المسافة بين أنابيب الكسوة (δ = 4.67 ميكرون)، المسافة بين أنبوبي و kagome Lattices (G = 1.59 ميكرون)، ذا Kagome Cladding Pitch (19.46 ميكرون)، المعلمة الانحناء (B = 1، والذي يشير إلى دائري الشكل أقواس الحدود)، والأبنب و Kagome سمك شعرية (TTubes = Tkago = 1100 NM) تم الاحتفاظ بها ثابت.

الشكل 3 يعرض خرائط التسرب المستعرضة لمختلف ξ ( معلمات الألياف هي نفسها في الشكل 2). تظهر مخططات اللون أنه في F = 2.58 وبالنسبة للقيم التمثيلية من ξ، فإن معامل مكون شعاعي طبيعي من poynting ناقلات، p¯¯¯¯¯¯r = re (p⃗ ⋅r ^) pr، حيث P⃗ . = 12e → × ح * - → هو poynting ناقلات (مع E → و H → تمثل الحقول الكهربائية والمغناطيسية، على التوالي)، ص ^ هو ناقلات وحدة شعاعي، و pr = ∮p⃗ r ^ dl هي الطاقة المسربة لكل وحدة الطول. في الواقع، P¯¯¯¯¯¯r ثبت أنه أداة مفيدة في فحص ديناميات التسرب في IC Fibres7. في المواد التكميلية، نحن نفذت العلاقة بين P¯¯¯¯¯¯r والألياف CL وتقديم مناقشة أخرى حول التطبيع الإجراء. بالإضافة إلى ذلك، نعرض في الشكل 3 قيم التوهين المحسوبة باسم PRPM، حيث PM هو الجزء الحقيقي من قوة الوضع، مع PM = RE (∬s∞p⃗ ⋅z ^ DS).

بما يتفق مع النتائج التي نشرتها ديبورد et al.7، المسافة بين أنابيب الكسوة في تصميم الألياف مدروسة هنا (δ = 4.67 ميكرون) يستلزم القناة الرئيسية لتسرب الوضع الأساسي الأساسي لتكون الاتجاه من خلال أنابيب شعرية (بدلا من الاتجاه عبر الفجوة بين الكسوة أنابيب؛ انظر النتائج ل ξ = 0). for . ξ > 0، يرى المرء أن وجود Kagome شعرية حول شعرية أنبوبي يقلل من تدفق الطاقة من خلال القناة المتسربة لشبكة Lattice الأنبوبية هيكل هذا زيادة تسرب التسرب مع زيادة ξ للقيم المبادرة هنا. من الجدير بالذكر أن قنوات التسرب الرئيسية ل Kagome شعرية هي azimuthally تحولت من الاتجاه من خلال شعرية الداخلية أنابيب. بالإضافة إلى ذلك، و دوامة مثل ديناميات العنصر الشعاعي من poynting ناقلات خطوط كونتور داخل هيكل الألياف هي رائع. هذا السلوك المثيرة للاهتمام، لوحظ أيضا في Works 25،26 الأخرى، يدعو إلى مزيد من استكشاف تدفق الطاقة المستعرض في HCPCFS.

الشكل 4 يعرض HKT Lattice Design إمكانات لتقديم ممتاز CL و HUM مستويات الانقراض من بين الممثل IC-HCPCF تصاميم استكشاف في الأدب. الشكل 4A يظهر مؤامرة نسبية بين CL من الوضع الأساسي في SR-TL HCPCF . (I، خط أخضر)، متداخلة (II، خط متقطع الوردي)، شريط مستقيم (III، خط متقطع برتقالي)، قضيب المتداخن (الرابع، خط متقطع الأرجواني)، أنابيب ملتصقة (الخامس، خط رمادي متقطع)، والتصميم الهجين المقترح هنا (السادس). تمثل البيانات الألياف ذات قطرها 30.5 ميكرون أنابيب شعرية ذات قطرها الخارجي وسمك 22.1 ميكرون و 1.1 ميكرون، على التوالي. في التصميم الخامس، أنابيب الطبقة الدائري الثانية لها قطر 26.4 ميكرون، وفي التصاميم الثانية والربا، يكون أنابيب المتداخلة قطرها 12.17 ميكرون. Kagome تم تعيين الملعب شعرية في التصميمات السادسة و VII في 18 ميكرون. هذه تعتبر المعلمات للسماح بمقارنة مباشرة بالبيانات المنشورة مؤخرا حبيب et al.27.

الشكل 4A يظهر أن تصاميم الألياف II، III، IV، و V، السماح بانخفاض قيم CL SR-TL HCPCFS . (ط) بنحو اثنين من أوامر الحجم. ومع ذلك، لا تبقى CL ضمن نطاق ~ 1-3 DB / كم، مع التصميم المتداخل (II) وجود الحد الأدنى لقيمة 0.5 DB / KM لمعلمات الألياف التي تم النظر فيها هنا. في المقابل، هيكل الألياف الهجينة المثالية (السادس، الأحمر خط) يقدم دراماتيكي CL الحد. انخفاض قيم CL إلى 7 × 10-5 DB / KM حوالي 1410 نانومتر في هذه المحاكاة، المسافة بين أنبوبي و kagome تم تعيين Lattices AS 2.04 ميكرون.

بينما المثالي HKT-HCPCF تم تعليق التصميم أنابيب الكسوة الداخلية (لذلك، فليس من الممكن ذلك)، إنه هيكل من الفائدة الأكاديمية المهمة لإظهار مفهوم ارتباط رابطة اثنين من الأكاليف IC التخفيض في CL، وكذلك إمكانات HKT-HCPCF لتوفير مثيرة للإعجاب انخفاض الخسارة الأرقام. أخذ هذا في الاعتبار، نعرض في الشكل 4 (VII، أزرق خط) قابلة للتحقيق نسخة من HKT-HCPCF. في هذا التصميم الألياف، ترتبط أنابيب الكسوة ب Kagome شعرية عبر استخدام رقيقة أنابيب. في الواقع، تشير المحاكاة إلى أن أرق أنابيب الاتصال، وخفض قيم CL سوف يكون هنا، نختار ربط أنابيب بسماكة 640 NM (I.E.، 58٪ من الدعامات والأنبوب الكسوة سمك) كقيمة معقولة بالنظر إلى HKT-HCPCF تصنيع. تظهر النتائج أنه أثناء إضافة أنابيب الاتصال يسبب CL لزيادة، الحد الأدنى CL من 1.46 × 10-2 DB / KM في حوالي 1340 نانومتر هو 36 مرة أقل من أدنى رقم CL تحقق مع تصاميم الألياف الأخرى بين 1260 و 1400 NM-AS أكدها السهم الأسود في الشكل 4A.

بالإضافة إلى ذلك، نقيم في الشكل 4B النسبة بين CL من LP11 - مثل وسائط و CL من الوضع الأساسي (αlp11 / αlp01) لتقييم إمكانات تصاميم الألياف ل وضع واحد التشغيل. نحن التمييز بين تصميمين المجموعات: المجموعة الأولى (I، V، VI، و VII) مع αlp11 / αlp01 في حدود 3 × 102 إلى 3 × 104 والمجموعة الثانية (II، III، و IV) مع نسبة أقل بكثير، في نطاق 2-10. هذا يفسر الفرق بسهولة من قبل تصميم الألياف LP11 وضع ترشيح الرنين MODE16،17،18. هنا، تصميم الألياف الهجينة هو الوحيد الذي يحصل على حل وسط أفضل في Binomial CL و HUM الانقراض. النظر في نتائج تصميم الألياف الهجينة، إذا كان المرء يفترض وضعا فيه 99٪ من القوة إلى جانب الوضع الأساسي و 1٪ يقترن إلى LP11 الوضع في الألياف المدخلات، A نسبة الانقراض أعلى من 40 ديسيبل يمكن تقديرها لفترة طويلة 10 أمتار الألياف.

تصنيع الألياف والخسارة القياس:

بسبب إمكانات HKT-HCPCF أظهرت بموجب المحاكاة، سعينا للحصول على مثل هذه الألياف تجريبيا. يتم عرض المقطع العرضي للألياف المصنوعة في الشكل 5A، والتي تم الحصول عليها باستخدام المكدس والاستعلام تقنية. الأنابيب التي تشكل شعرية أنبوبي لها سمك 1.27 ميكرون وقطر داخلي 23.0 ميكرون. يحتوي الألياف الأساسية على 37.1 ميكرون القطر. خلال تم تحسين تصنيع الأنابيب والأحجام الأساسية لتحقيق دكتيو بياني / DCore = 0.62. هذا القيمة قريبة من القيمة المثلى دكتيو بياني / DCore = 0.68، الذي يتم حسابه ليكون الشخص الذي يوفر اقتران الأمثل بين LP11 وضع تسترشد في النواة والوضع الأساسي الموجه في شعرية أنابيب 18. Kagome شعرية الدعامات لها سمك موحد 720 NM، والأنابيب الداعمة لها سمك 370 نانومتر، كلاهما ضمن تباين 50 نانومتر (انظر الشكل 5B للحصول على عرض موسع للأبنب الداعم المنطقة). في مرحلة التطوير الحالية، عادة ما تكون أطوال الألياف المصنوعة بين 100 و 200 م.

الشكل 5C يعرض فقدان HKT-HCPCF (الأزرق منحنى)، والتي تم قياسها من قياس التخفيض باستخدام 120 و 4 م ألياف طويلة قطع. الحد الأدنى لقيمة الخسارة 1.6 ± 0.4 DB / KM تم قياسه في 1050 نانومتر بالإضافة إلى ذلك، CL و TL محاكاة (إجمالي خسارة) من الوضع الأساسي (الأخضر منحنى منقطا للمنحاث CL و Red Dotted for the TL) و TL من الممثل HOM (هما، The LP11-Like و LP21-Like أوضاع الأرجواني والأطفال الوردي المنقط، على التوالي) تظهر في الشكل 5C. هنا، تجدر الإشارة إلى أن قيم CL قد تم حسابها من خلال النظر في الألياف الحقيقية المقطع العرضي. بدوره، تم حساب TL باستخدام TL = CL + SSL، حيث SSL . هو فقدان السطح النثر، الذي تم تقديره باستخدام SSL = ηfcc (λ0λ) 3، حيث η هو ثابت مرتبط بطول خشونة السطح، FCC هو الوضع الأساسي تتداخل مع Core Contour، و λ0 هو ثابت يسمح معايرة SSL Formula28 (في الشكل 5C، η = × 10-2 و λ0 1700 ينظر إلى اتفاق جيد بين TL المحاكاة من الوضع الأساسي والقياس بالتجربة الخسارة. الرئيسية تم العثور على الخسارة لتكون هناك ما يقرب من اثنين من أوامر من الحجم أعلى فقدان الوضع الأساسي، في اتفاق جيد مع الخسائر المتوقعة (انظر الشكل 4B).

قياس محتوى مشروط وتوصيف آخر النتائج:

S2 القياسات 21 تم إجراء حساب كمي محتوى مشروط للألياف الشكل 6A يظهر S2 تتبع لمدة 10 أمتار طويلة HKT-HCPCF. هذا الأخير يظهر أنه لا توجد مساهمة LP11 تم اكتشاف الوضع (والذي يوضح أن 6 أنبوب أنبوبي شعرية تصميم الألياف تصفية ذلك). مساهمة AN LP21 - مثل تم اكتشاف الوضع مع MPI (متعدد المسيرات تداخل) القيمة منخفضة as -47.0 ديسيبل الجدول 1 يظهر HOM تمثل قيم القمع من قبل S2 قياسات في IC-HCPCFS. تتراوح القيم المبلغ عنها على أنبوب أنبوبي متداخلا، وتصميمات الأنبوب الملتصقة من 27 إلى 22.4 DB للألياف بأطوال تتراوح أعمارهم بين 10 و 15 م. HKT-HCPCF ذكرت هنا، لذلك، يسمح بالحصول على تحسين فعالة وضع واحد العملية في IC-HCPCFS.

إلى . عرض الألياف وضع واحد عملية قوية، أجرينا S2 القياسات عن طريق تطبيق إزاحة في موقف ألياف المدخلات نسبة إلى شعاع الليزر (ل ألياف بطول 10 م). MPI القيم LP21 وضعت وضع في الشكل 6B كدالة لإزاحة ألياف المدخلات (The Offset Zero يمثل الضوء الأمثل ناقل الحركة). ولاحظ أن متى كفاءة اقتران إلى LP21 وضع النمو مع تصبح أوفست ألياف المدخلات أكبر، و MPI القيم LP21 زيادة الوضع من -47.0 إلى -24.7 DB متى زاد إزاحة ألياف المدخلات من 0 إلى 10 ميكرون. من الجدير بالذكر أنه حتى بالنسبة لهذه الإزاحة الكبيرة في موقف مدخلات الألياف، The HOM المساهمات لها الحد الأقصى MPI قيمة -24.7 ديسيبل في المقترح HKT-HCPCF وهذا لا LP11 المساهمة يمكن أن تكون لوحظ. علاوة على ذلك، الشكل 6C يعرض قياس M2 نموذجي (أجريت في 1030 NM باستخدام ISO معيار، Metrolux LPM 200) ل HKT-HCPCF. تم قياس قيم M2 ليكون 1.01 و 1.02 ل X-Axes و y-axes، على التوالي. علاوة على ذلك، الألياف لكل كان اختبار. تم قياس القيمة القصوى من 21 ديسيبل ألياف طويلة 10 أمتار في 1030 نانومتر بالإضافة إلى ذلك، كانت خسارة الألياف بيند تتميز. أظهرت القياسات أنه في 1100 NM، كانت قيم الخسارة بيند تقريبا 0.06 DB / بدوره متى وكان نصف قطر انحناء 20 سم.

أخيرا، وبقانة الألياف وضع واحد عملية ضد تم اختبار اختلال شعاع الليزر مع نواة الألياف من خلال فحص إعادة بنائها بالقرب من الحقل الملف الشخصي تحت اقتران مختلف الشروط. إلى . القيام بذلك، استخدمنا ليزر في 1064 تم قياس NM وقياس الطاقة والإخراج بالقرب من الملف الشخصي الميداني حيث تم فحص وضع ألياف المدخلات على طول المحاور الأفقية والرأسي . يمتد الفحص 10 ميكرون على طول كلا المحاور، أي، δx = y = ± 5 ميكرون. الأصل يتوافق مع كحد أقصى قوة الإخراج، تقاس ليكون 90٪ من المدخلات السلطة. for . كل النزوح، قوة إخراج الألياف و بالقرب من الحقل كان الملف الشخصي مسجل. الشكل 7A يظهر خريطة ملونة لتوزيع الطاقة الطبيعي، مع المحدد بالقرب من الحقل الملفات الشخصية المعروضة في INSETS (على طول المحور الأفقي، على طول المحور العمودي وفي المتطرفة المواقف). ويظهر أنه عبر 10 × 10 μm2 المنطقة، وال ظل الملف الشخصي يشبه الأساسي، وظل الطاقة المرسلة أعلى 60٪ من الحد الأقصى. إنه نهائي أن خريطة اللون ليست متماثلة تماما بسبب اقتران الضوء غير الكامل عند الألياف الإدخال.

كمؤشرات إضافية للألياف الفعالة وضع واحد العملية، نحن نحقق في الشكل 7 تأثير HOM المساهمة في العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) والوضع النقطي للمخرجات شعاع. الشكل 7B يعرض ملفات تعريف وضع الشدة المحسوبة، يهيمن عليها الوضع الأساسي، متى على افتراض مساهمات كثافة مختلفة من LP11 و LP21 أوضاع محتوى مشروط (وهي 40 و 30 و 20 DB). المؤامرات في الشكل 7B تقديم ملفات تعريف الشدة على طول المحور الأفقي للحالات المذكورة أعلاه (تمثل المناطق المظللة ملف تعريف كثافة الوضع الأساسي). التأثير الأكثر وضوحا لإضافة LP11 وضع محتوى مشروط الألياف يتحول الشعاع Centroid. من ناحية أخرى، فإن التأثير الأكثر ملاءمة بما في ذلك LP21 الوضع على محتوى مشروط الألياف هو تغيير الشعاع FWHM. هذه يمكن التحقق من الملاحظات في الشكل 7C، أين تطبيع fwhm (FWHM / FHWM0، حيث fwhm0 هو العرض الكامل بنصف الحد الأقصى للوضع الأساسي) وتحول القرن الوسطى تطبيعه FHWM0 (d / FHWM0) يتم رسم الحزم كدالة HOM المساهمة في مشروط المحتوى. النتائج تظهر أن LP11 و LP21 المساهمات المقابلة لانقراض الطاقة 30 ديسيبل أدت إلى ~ 5٪ التغيير النسبي في FWHM والمندة الوسطى الوضع. الشكل 7D تقدم رسوم بيانية تطبيع FWHM واختلاف الغدة الوسطى من شعاع الإخراج باسم HKT-HCPCF تم مسح موقف الإدخال على طول المحور X (ذ = 0 في الشكل 7A). النتائج تظهر قياس FWHM / FHWM0 و δd / FHWM0 أن تكون أقل من 0.5٪ وأقل من 0.2٪، على التوالي، على الفحص بأكمله النطاق. بالإضافة إلى ذلك، يوضح الشكل HOM مساهمة في FWHM / FHWM0 و δd / FHWM0 الاختلافات مختلفة LP11 و LP21 مجموعات مشروط (متقطع الخطوط الأفقية . النتائج تظهر أنه، مستقلة عن LP11 و LP21 تركيبة، The HOM بقي المساهمة في المحتوى الوسيط أقل 30 ديسيبل على كامل ضوئيا المنطقة. وأخيرا، من الجدير بالذكر أن هذا النطاق في FWHM / FHWM0 و δd / FHWM0 لم يزداد الاختلاف عندما تم fible fible و اهتزاز خلال التسجيل.

المناقشة:

توضح النتائج التي أبلغت عنها هنا أن رابطة اثنين من الأكاليف IC يمكن أن تقلل بشكل كبير من محتوى CL و MODAL في HCPCFS. على وجه التحديد، استخدمنا الكسوة الداخلية مع ستة حلقات أنبوب معلقة لضمان وضع واحد العملية من قبل تصفية أدنى خسارة HOM والكسوة الخارجية مع Kagome شعرية ل cl تعزيز. النتائج تظهر أن متى نحن تحيط أنابيب الداخلية مع Kagome شعرية دون السماح لهم للمس (I.E.، باستخدام HKT-HCPCF المثالي)، وهو انخفاض في CL بنسبة 5 أوامر من الحجم بالنسبة إلى أنبوبي نموذجي أو Kagome الكسوة HCPCF وإلى معظم التمثيلية المبلغ عنها HCPCF تصاميم بديلة يمكن تحقيقها (أ الحد الأدنى من 8.6 × 10-6 DB / KM تم الحصول عليها مع الألياف المستكشف المعلمات). متى النظر في قابلة للتحقيق نسخة من HKT-HCPCF التصميم، كشفت المحاكاة أن الحد الأدنى من فقدان الرقم 1.42 × 10-2 DB / KM في حوالي 1340 NM يمكن أن يكون حقق.

عن طريق الاستفادة من هذا المفهوم، قمنا بتطوير وكسيل هجين IC-HCPCF حيثما طبقات الكسوة الداخلية والخارجية متصلة عبر أنابيب أصغر وأرق للحفاظ على الطيف مشروط الألياف الألياف أقرب قدر الإمكان إلى الكسوة المثالية التصميم. أظهر التوصيف التجريبي للألياف الحد الأدنى من فقدان 1.6 DB / KM في 1050 نانومتر، وهو أقل شخصية خسارة تم الحصول عليها في ~ 1 ميكرون مع HCPCFS، ونسبة الانتصار القصوى من -47.0 ديسيبل ل ترتيب أعلى أوضاع تقاس في S2 القياس باستخدام الألياف الطويلة طوله 10 أمتار، وهي أعلى نسبة الانقراض المبلغ عنها في HCPCFS. نحن وجدت أن وضع واحد تشغيل الألياف المبلغ عنها مرونة للغاية مقابل ألياف حركة شعاع الليزر اختلال. هذا الممتلكات مهمة بشكل خاص لتسليم شعاع الليزر عالية الطاقة في الليزر micromachining التطبيقات.

تحسينات على التيار HKT-HCPCF لتحقيق انتقال منخفض يجب النظر في تحقيق سيطرة أفضل على أشكال وأحجام أنابيب الاتصال بين أنبوبي و Kagome Lattices خلال الألياف التعادل. إذا كانت يمكن الحصول على سيطرة أفضل على هذا الجانب، والحد من خسارة الإرسال من قبل المزيد من ترتيب واحد من الحجم هو المتوقع. علاوة على ذلك، مزيد من التعديلات على تصميم الألياف، مثل استبدال بعض الأنابيب الستة مع أخرى إظهار صلاحيات حصر مختلفة، ستسمح باستكشاف إمكاناتها باعتبارها الحفاظ على الاستقطاب الدليل الموجي. ستساهم النتائج الحالية في المساعي العالمية لاستكشاف IC-HCPCFS كما المرشحين ل الجيل التالي مسافات طويلة الألياف البصرية، وسوف تعمق معرفتنا بآليات الإرشاد في هؤلاء ألياف.

المواد والأساليب

ficrication الألياف

HKT-HCPCF تم الحصول عليها باستخدام المكدس والسحب تقنية في خطوتين عملية. الخطوة الأولى تنطوي على التجميع التشكيل وقصبه الرسم. تتضمن الخطوة الثانية رسم العزال إلى الألياف الأبعاد. خلال إجراءات رسم الألياف، مستقلة pressurisation تم تطبيقه على Kagome شعرية، شعرية أنبوبي، والمناطق الأساسية لتحقيق الأحجام الهندسية المطلوبة .

قياس cutback.

في قياسات التخفيض، الضوء من SuperContinuum تم اقتراح مصدر الضوء إلى الألياف، ومحلل الطيف البصري يقاس إشارة إشارة. for . طول كل الألياف (120 و 4 م)، تم قياس الطيف المرسلة لمدة ثلاثة ألياف مستقلة الانقسام.

S 2 القياس

S2 إعداد القياس يشمل ضبط الليزر مع مجموعة الطول الموجي بين 1030 و 1070 NM (10 PM القرار) وكاميرا مع روتين الحصول على صورتها التي تسيطر عليها الكمبيوتر. ملفات تعريف الوضع والمتابعة تم حساب قيم التداخل من صور إخراج الألياف المكتسبة خلال الطول الموجي بالليزر Scoring21. قبل S2 القياسات، تم تحسين نقل الألياف للحصول على الحد الأقصى المنقولة الطاقة. MPI القيم المعروضة في الشكل 6B تم الحصول عليها من S2 قياسات مصنوعة من خلال تعويض مدخلات الألياف من موقعه الأمثل .

لكل قياس

في لكل القياسات، الضوء من انبعاث الليزر 1030 تم إطلاق NM في كور الألياف، وكانت الطاقة البصرية الناشئة من منافذ حملة شعاع الاستقطاب قياس.

توافر البيانات

البيانات التي تدعم نتائج هذه الدراسة متاحة من المؤلف المقابل عند معقول الطلب.