栏目分类

联系方式


地址:
联系人:
手机:
电话:
传真:
Q Q:
E-mail:
网址:

科技创新

当前位置:大小单双稳赚技巧集锦 > 科技创新 > 研究人员发现了一种新的光子晶体光纤导光机制

研究人员发现了一种新的光子晶体光纤导光机制

发布时间:2018-05-16 浏览次数:3

无芯光纤:如果光子晶体光纤扭曲,则不需要具有不同折射率的芯以捕获其中心处的光。

em埃尔兰根马克斯普朗克光科学研究所的一个科学家小组发现了一种新的光子晶体光纤中的光引导机制。 / em

光子晶体光纤(PCF)是一种头发薄的玻璃纤维,具有沿其长度延伸的中空通道阵列。正如广义相对论所描述的,当螺旋扭曲时,这种螺旋形空心通道阵列作用于光线,类似于光线穿过恒星周围的重力弯曲空间时的弯曲。

光纤充当光管。正如管子内部被墙壁包围一样,光纤通常具有光导芯,其玻璃具有比封装外包层的玻璃更高的折射率。折射率的差异导致光在包层界面处被反射,并像管道中的水一样被捕获在核心中。由马克斯普朗克光科学研究所所长Philip Russell领导的研究小组是第一个在没有核心的PCF中成功引导光的。

光子晶体给蝴蝶的颜色,也可以引导光

一个典型的光子晶体由一块玻璃组成,并且在整个体积内以规则的周期性排列布置有孔。由于玻璃和空气具有不同的折射率,折射率具有周期性结构。这就是这些材料被称为晶体的原因 - 例如,它们的原子形成了一种有序的三维晶格,如结晶盐或硅中所见。在常规晶体中,3D结构的精确设计决定了电子的行为,例如导致电绝缘体,导体和半导体。

以类似的方式,光子晶体的光学特性取决于周期性的三维微结构,例如,其负责某些蝴蝶翅膀的闪烁颜色。能够控制材料的光学性质在各种各样的应用中是有用的。 Philip Russell及其团队在位于埃朗根的Max Planck Institute开发的光子晶体光纤可用于过滤可见光谱中的特定波长或产生非常白的光。

与通信中使用的所有光纤的情况一样,所有常规光子晶体光纤都具有各自具有不同折射率或光学特性的纤芯和包层。在PCF中,空气填充通道已经赋予玻璃折射率与完全固体时的折射率不同。

这些孔定义了光子晶体光纤中的空间

“我们是第一个通过无芯纤维成功引导光线的,”埃尔兰根马克斯普朗克光科学研究所的戈登王说。在菲利普罗素团队工作的研究人员制作了一种光子晶体光纤,它的完整横截面紧密地挤满了大量充满空气的通道,每个通道的直径大约为千分之一毫米,并沿其整个长度延伸。

虽然传统PCF的核心是固体玻璃,但新光纤的横截面图类似于筛网。这些孔具有规则的分隔,并且排列成每个孔都被相邻孔的正六边形包围。 “该结构定义了纤维中的空间,”该出版物的主要作者Ramin Beravat解释说。这些洞可以被认为是距离标记。纤维的内部则具有一种由规则的孔格构成的人造空间结构。

“我们现在已经以扭曲的形式制造了光纤,”Beravat继续说道。扭曲导致中空通道以螺旋线缠绕纤维长度。研究人员然后通过光纤传输激光。在规则的无芯横截面的情况下,人们实际上会期望光线自身按照它们的图案所确定的均匀分布在筛孔之间,即在边缘就像在中心一样多。相反,物理学家发现了令人惊讶的事情:光线集中在传统光纤纤芯所在的中心区域。

在扭曲的PCF中,光线遵循光纤内部的最短路径

“这种效应与爱因斯坦的广义相对论中的空间曲率类似,”Wong解释道。这预示着太阳这样重的物体会扭曲它周围的空间 - 或者更确切地说,扭曲时空,即三个空间维度与第四维度的组合,就像时间 - 就像一片橡胶,一个铅球放置。光线遵循这个曲率。两点之间的最短路径不再是直线,而是曲线。在日食期间,应该隐藏在太阳后面的恒星因此变得可见。物理学家称这些最短的连接路径为“测地线”。

“通过扭曲光纤,我们的光子晶体光纤中的”空间“也变得扭曲,”Wong说。这导致光沿其行进的螺旋测地线。考虑到光线总是通过介质的最短路径,可以直观地理解这一点。充气通道之间的玻璃纤维束描述了螺旋线,它们限定了光线的可能路径。通过光纤边缘处的宽螺旋线的路径比通过其中心中更紧密缠绕的螺旋线的路径长,然而,导致在特定半径处的曲线光路被光子晶体效应反射回光纤轴。

扭曲的PCF作为大型环境传感器

光纤扭曲的越多,光线集中的空间就越窄。类比于爱因斯坦的理论,这相当于一个更强的引力,因此光的偏转更大。基于埃朗根的研究人员写道,他们已经为光线创建了一个“拓扑通道”(拓扑关注的是连续变形下保存的空间属性)。

研究人员强调,他们的工作是基础研究。他们是世界上任何地方在这个领域工作的极少数研究小组之一。不过,他们可以为他们的发现考虑几个应用程序。例如,在一定间隔处扭曲较少的扭曲光纤将允许一部分光逸出到外部。光可以在这些定义的位置与环境相互作用。 “例如,这可以用于测量介质吸收的传感器。”这些光纤网络可以作为环境传感器收集大面积的数据。

出版物:Ramin Beravat等人,“无芯光子晶体光纤中的扭转诱导引导:光的螺旋通道”,Science Advances 2016年11月25日:Vol。 2,没有。 11,e1601421; DOI:10.1126 / sciadv.1601421

来源:马克斯普朗克研究所


Copyright © 2017 大小单双稳赚技巧集锦 版权所有