1.1 Aktuální problémy v oblasti optoelektroniky a optiky
Současně používaná optická vlákna
- Jednovidové vlákno se skokovou změnou indexu lomu, SMF (Single Mode Fiber), doporučení ITU-T G.652-4
- Mnohovidové vlákno se skokovou změnou indexu lomu, MM-SI, (Multi- Mode Step-Index)
- Mnohovidové vlákno gradientní, MM-GI (Multi Mode Graded-Index), doporučení ITU-T G.651
Současná optická vlákna – nedostatky
- Zásadní modifikace pro požadované optické vlastnosti jsou omezené volbou látek a jednoduchosti struktury
- Jednoduchá geometrie: jádro + plášť + ochrana
- Skleněné jádro a plášť n ~ 1.45
- “Vysoký” index lomu pouze jako následek dopování jádra = útlum n ~ 1.46
- Nelinearity: po ~100 km
- Útlum ~ 0.2 dB/km, pod tuto hodnotu útlum již nelze snížit, je dán strukturou látky
- Disperze skupinové rychlosti apolarizačně vidová disperze způsobuje roztažení optických pulzů
- Nelze použít dlouhé vlnové délky nad 2 μm
- Malá velikost vidové plochy a omezený jednovidový režim práce
1.2 Mikrostruktury a nanotechnologie pro návrh mikro součástek
Existují optická vlákna, která díky své konstrukcí nabízí mnohem lepší parametry ve srovnání s konvenčními vlákny se skokovou změnou indexu lomu.
PCF vlákna (Photonic Crystal Fiber) – mikrostrukturní vlákna, známa také jako MOF (Microstructured Optical Fiber). PCF vlákna nabízí následující možností:
- Teoretický téměř nulový utlum – některé typy mohou vést záření ve vzduchovém jádře – vzduch má zanedbatelný utlum
- Nekonečně jednovidový režim práce, který je dán efektivním indexem lomu pláště, který ovlivňuje normalizovanou frekvencí, která nikdy nepřekročí mezní hodnotu a znemožňuje vznik vyšších vidů
- Velká vidová plocha
- Práce na „exotických“ vlnových délkách, např. v infračervené oblasti nebo na vlnové délce 10,6 mikronů, která je vhodná pro energetické přenosy a CO2 laser
- Přesné ladění disperze a tvarování disperzní charakteristiky – vhodné pro kompenzační vlákna a vlákna s téměř nulovou a vyrovnanou disperzní charakteristikou
- Vedení pomocí mechanizmu PBG (Photonic Band Gap) – zakázaný pás znemožňující vniknutí záření do pláště (úplný vnitřní odraz už neplatí)
- Vlastností vhodné pro aplikace u telekomunikací a u senzorů
Myšlena fotonického vlákna se vzduchovými kanálky v plášti nebo jádře.