Optická nanovlákna
Title Alternative:Optical nanofibers
Loading...
Date
2012
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Technická Univerzita v Liberci
Abstract
Optická vlákna, jejichž průměr je menší než vlnová délka světla jimi vedeného, která jsou v anglické literatuře známa jako tzv. MNF (Micro/Nano Fibers), otevírají nové možnosti v nepřeberném množství aplikací. Tato vlákna nabízejí oproti konvenčním optickým vláknům nesporné výhody, jakými jsou např. snadná výroba, kompaktní rozměry, nižší ztráty a energetická náročnost, rychlá odezva, cena atd. MNF jsou specifická hlavně faktem, že je vedený optický signál, šířený totálním odrazem, těsně držen vláknem. Avšak jistá jeho část je vedena podél vlákna ve formě evanescentního pole. Již sama tato skutečnost vytváří velký aplikační potenciál. Mezi hlavní oblastí využití těchto vláken, ve kterých se světlo šíří takto specificky, patří především fotonika (např. vazebné členy, filtry), dále jsou využívány jako senzory, detektory a sondy. Uplatňují se též v oblasti plasmoniky a nelineární optiky. Mimoto jsou využívány jako lasery a komponenty složitějších zařízení. Tato práce se snaží přiblížit problematiku MNF na základě uceleného přehledu, neopomíjejícího historii, výrobu, vlastnosti ani aplikace těchto miniaturních vláken a je završena specifickým experimentálním výzkumem, který se skládal z výroby samotných vláken a jejich použití jako potenciálních vlnovodů. Byla připravena jak vlákna skleněná, tak i polymerní. Jejich vlnovodné vlastnosti byly demonstrovány v ojedinělém experimentu, založeném na nepřímé vazbě světla z optického hranolu do připravených submikronových vláken, využívajícím evanescentní navázání laserového světla. Pod optickým mikroskopem byla za pomocí piezoelektrického aktuátoru upravována vzdálenost mezi hranolem a vlákny. Pro účinnou evanescentní vazbu bylo nutné přiblížit oba objekty do vzdálenosti menší, než je vlnová délka světla. Po sérii pokusů se do několika různých vláken podařilo navázat použité červené laserové světlo. To spolu s možností jejich přípravy potvrdilo nejen teoretické předpoklady, ale zároveň poukázalo na možnost dalšího výzkumu MNF na zdejší univerzitní půdě.
Optical fibers whose diameter is smaller than the wavelength of the light guided by them, known as so called MNF (Micro/Nano Fibers) in English literature, open new oportunities in countless amounts of applications. Compared to conventional optical fibers these fibers offer indisputable advantages like simple fabrication, compact dimensions, low loss and power consumption, fast response, price etc. Especially for MNF there is a specific fact meaning that an optical signal guided along the fiber is tightly confined inside the fiber by means of total internal reflection, however certain part of optical power is guided in a form of an evanescent field. This effect itself creates a huge space for applications. A general field of application of these waveguiding fibers, in which the light propagation is so unique, is particularly photonics (e.g. couplers, filters), followed by sensing, detecting and probing. They are also applied in plasmonics and nonlinear optics. Besides this they have a potential usefullness for lasing and as building blocks of complex devices. The concept of this work is to approach the topic of MNF following a compact overview. This summary goes into history, fabrication, properties and application of these tiny fibers and is ended by a special experimental research which consisted of fabrication of fibers themselves and their waveguiding application. Glass fibers as well as polymer fibers were prepared. Waveguiding properties of such fibers were demonstrated in a single experiment, which was based on an oblique coupling of light from an optical prism to prepared submicrometer fibers, making use of evanescent coupling of laser light. The distance between the prism and the fibers was modified with the help of a piezoelectric actuator under an optical microscope. In oder to get efficient evanescent coupling it was necessary to bring both objects closer then the wavelength of the light was. After a few attempts red laser beam was successfully coupled into several fibers. This fact with the possibility of the fiber preparation confirms not only the theoretical hypothesis but also refers to the possibility of further MNF research here at our university at the same time.
Optical fibers whose diameter is smaller than the wavelength of the light guided by them, known as so called MNF (Micro/Nano Fibers) in English literature, open new oportunities in countless amounts of applications. Compared to conventional optical fibers these fibers offer indisputable advantages like simple fabrication, compact dimensions, low loss and power consumption, fast response, price etc. Especially for MNF there is a specific fact meaning that an optical signal guided along the fiber is tightly confined inside the fiber by means of total internal reflection, however certain part of optical power is guided in a form of an evanescent field. This effect itself creates a huge space for applications. A general field of application of these waveguiding fibers, in which the light propagation is so unique, is particularly photonics (e.g. couplers, filters), followed by sensing, detecting and probing. They are also applied in plasmonics and nonlinear optics. Besides this they have a potential usefullness for lasing and as building blocks of complex devices. The concept of this work is to approach the topic of MNF following a compact overview. This summary goes into history, fabrication, properties and application of these tiny fibers and is ended by a special experimental research which consisted of fabrication of fibers themselves and their waveguiding application. Glass fibers as well as polymer fibers were prepared. Waveguiding properties of such fibers were demonstrated in a single experiment, which was based on an oblique coupling of light from an optical prism to prepared submicrometer fibers, making use of evanescent coupling of laser light. The distance between the prism and the fibers was modified with the help of a piezoelectric actuator under an optical microscope. In oder to get efficient evanescent coupling it was necessary to bring both objects closer then the wavelength of the light was. After a few attempts red laser beam was successfully coupled into several fibers. This fact with the possibility of the fiber preparation confirms not only the theoretical hypothesis but also refers to the possibility of further MNF research here at our university at the same time.
Description
katedra: NTI; přílohy: 1 CD ROM; rozsah: 76 s
Subject(s)
optická vlákna, nanovlákna, evanescentní, fotonika, jednomódový, optical fibers, nanofibers, evanescent, photonics, single-mode