फोटोनिक-क्रिस्टल फाइबर: Difference between revisions

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यूनाइटेड संयुक्त राज्य नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला उत्पादित एक फोटोनिक-क्रिस्टल फाइबर का स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप माइक्रोग्राफ। (बाएं) फाइबर के केंद्र में ठोस कोर का व्यास 5 माइक्रोन है, जबकि (दाएं) छिद्रों का व्यास 4 माइक्रोन है
परिप्रेक्ष्य और क्रॉस-सेक्शनल दृश्यों में एक फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर का आरेख। एक ठोस-कोर फाइबर को आवधिक एयर होल क्लैडिंग और एक ठोस नीली कोटिंग के साथ दिखाया गया है।

फोटोनिक-क्रिस्टल फाइबर (पीसीएफ) फोटोनिक क्रिस्टल के गुणों के आधार पर प्रकाशित तंतु का एक वर्ग है। यह पहली बार 1996 में ब्रिटेन के बाथ विश्वविद्यालय में खोजा गया था। खोखले कोर में प्रकाश को सीमित करने की इसकी क्षमता के कारण या पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर में सीमित विशेषताओं के कारण पीसीएफ अब फाइबर-ऑप्टिक संचार में आवेदन खोज रहा है। गैस सेंसर और अन्य क्षेत्रों पीसीएफ की अधिक विशिष्ट श्रेणियों में फोटोनिक-बैंडगैप फाइबर (पीसीएफ जो बैंड गैप इफेक्ट द्वारा प्रकाश को परिभाषित करते हैं), छेददार फाइबर (उनके क्रॉस-सेक्शन में वायु छिद्रों का उपयोग करने वाले पीसीएफ) होल-असिस्टेड फाइबर (पारंपरिक रूप से प्रकाश का मार्गदर्शन करने वाले पीसीएफ) सम्मिलित हैं। उच्च-सूचकांक कोर वायु छिद्रों की उपस्थिति से संशोधित) और ब्रैग फाइबर (बहुपरत फिल्म के केंद्रित वलय द्वारा गठित फोटोनिक-बैंडगैप फाइबर)। फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर को सूक्ष्म संरचित ऑप्टिकल फाइबर के अधिक सामान्य वर्ग का एक उपसमूह माना जा सकता है, जहां प्रकाश को संरचनात्मक संशोधनों द्वारा निर्देशित किया जाता है, न कि केवल अपवर्तक सूचकांक अंतरों द्वारा किया जाता है ।

विवरण

व्यावहारिक सफलताओं के बाद से ऑप्टिकल फाइबर कई रूपों में विकसित हुए हैं जिन्होंने 1970 के दशक में पारंपरिक स्टेप इंडेक्स फाइबर के रूप में अपना व्यापक परिचय देखा।[1][2] और बाद में एकल पदार्थ फाइबर के रूप में जहां प्रसार को एक प्रभावी वायु आवरण संरचना द्वारा परिभाषित किया गया था।[3]

सामान्यतः फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर जैसे नियमित संरचित फाइबर में एक क्रॉस-सेक्शन (सामान्यतः फाइबर की लंबाई के साथ एक समान) होता है जिसमें एक दो या दो से अधिक पदार्थ होती है जो सामान्यतः अधिकांश क्रॉस-सेक्शन पर समय-समय पर व्यवस्थित होती है। इस क्षेत्र को आवरण के रूप में जाना जाता है और एक कोर (या कई कोर) को घेरता है जहां प्रकाश सीमित होता है। उदाहरण के लिए फिलिप रसेल (भौतिक विज्ञानी) द्वारा पहली बार प्रदर्शित किए गए तंतुओं में सिलिका फाइबर में वायु छिद्रों की एक हेक्सागोनल जाली सम्मिलित थी जिसमें एक ठोस[4] या खोखला[5] केंद्र में कोर जहां प्रकाश निर्देशित होता है। अन्य व्यवस्थाओं में दो या दो से अधिक पदार्थो के संकेंद्रित वलय सम्मिलित हैं जिन्हें पहले येह और यारिव द्वारा ब्रैग फाइबर के रूप में प्रस्तावित किया गया था,[6] धनुष टाई, पांडा, और अण्डाकार छेद संरचनाएं (अपवर्तक सूचकांक या परिभाषा में अनियमितता के कारण उच्च बायर फ्रिंजेंस प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाती हैं) सर्पिल[7] डिजाइन जो ऑप्टिकल गुणों पर उत्तम नियंत्रण की अनुमति देते हैं क्योंकि व्यक्तिगत मापदंडों को बदला जा सकता है।

(नोट: पीसीएफ और, विशेष रूप से, ब्रैग फाइबर, फाइबर ब्रैग झंझरी के साथ अस्पष्ट नहीं होना चाहिए, जिसमें आवधिक अपवर्तक सूचकांक या फाइबर अक्ष के साथ संरचनात्मक भिन्नता सम्मिलित होती है, जैसा कि पीसीएफ में अनुप्रस्थ दिशाओं में भिन्नता के विपरीत होता है। दोनों पीसीएफ और फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग्स ब्रैग विवर्तन घटना को अलग-अलग दिशाओं में नियोजित करते हैं।)

ठोस कोर फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर की सबसे कम सूची की गई क्षीणन 0.37 डीबी/किमी है,[8] और खोखले कोर के लिए 1.2 डीबी/किमी है[9]


निर्माण

सामान्यतः ऐसे फाइबर अन्य ऑप्टिकल फाइबर के समान विधियों से बनाए जाते हैं: सबसे पहले एक ऑप्टिकल फाइबर या प्रीफॉर्म आकार में सेंटीमीटर के मापदंड पर बनाता है और फिर प्रीफॉर्म को गर्म करता है और इसे बहुत छोटे व्यास तक खींचता है (निर्माण) प्रायः लगभग एक मानव बाल जितना छोटा होता है), प्रीफॉर्म क्रॉस सेक्शन को सिकोड़ता है किन्तु (सामान्यतः) समान विशेषताओं को बनाए रखता है। इस तरह एक ही प्रीफॉर्म से किलोमीटर फाइबर का उत्पादन किया जा सकता है। हवा के छिद्रों को सामान्यतः खोखले छड़ों को एक बंडल में संग्रह करके बनाया जाता है, और बंडल को ड्राइंग से पहले ऑर्डर किए गए छेदों के साथ एक एकल छड में फ्यूज करने के लिए गर्म किया जाता है चूंकि ड्रिलिंग / मिलिंग का उपयोग पहले एपेरियोडिक डिज़ाइन बनाने के लिए किया गया था।[10] इसने पहले सॉफ्ट ग्लास और पॉलिमर संरचित फाइबर के उत्पादन के लिए बाद के आधार का गठन किया है ।

अधिकांश फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर सिलिका ग्लास में गढ़े गए हैं, किन्तु विशेष ऑप्टिकल गुण (जैसे उच्च ऑप्टिकल गैर-रैखिकता) प्राप्त करने के लिए अन्य ग्लास का भी उपयोग किया गया है। उन्हें पॉलिमर से बनाने में भी रुचि बढ़ रही है, जहां ग्रेडेड इंडेक्स संरचित, रिंग संरचित फाइबर और हॉलो कोर फाइबर सहित विभिन्न प्रकार की संरचनाओं का पता लगाया गया है। इन बहुलक तंतुओं को एमपीओएफ कहा गया है, जो कि माइक्रोस्ट्रक्चर्ड पॉलिमर ऑप्टिकल फाइबर के लिए संक्षिप्त है।[11] टेमेलकुरन एट अल द्वारा एक बहुलक और एक चाकोजेनाइड ग्लास के संयोजन का उपयोग किया गया था।[12] 2002 में 10.6 माइक्रोन तरंग दैर्ध्य (जहां सिलिका पारदर्शी नहीं है) के लिए है ।

ऑपरेशन के विधि

दो प्रकार के फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर के क्रॉस-सेक्शनल व्यू में आरेख: इंडेक्स गाइड (बाएं) और फोटोनिक बैंडगैप (दाएं)।

कारावास सूचकांक मार्गदर्शक और फोटोनिक बैंडगैप के लिए उनके तंत्र के अनुसार, फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर को ऑपरेशन के दो विधि में विभाजित किया जा सकता है।

इंडेक्स गाइडिंग फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर को क्लैडिंग की तुलना में एक उच्च औसत अपवर्तक सूचकांक के साथ एक कोर द्वारा चित्रित किया जाता है। इसे पूरा करने का सबसे आसान विधि एक ठोस कोर को बनाए रखना है जो एक ही पदार्थ के आवरण क्षेत्र से घिरा हुआ है किन्तु हवा के छिद्रों से घिरा हुआ है क्योंकि हवा का अपवर्तक सूचकांक आवश्यक रूप से आवरण के औसत अपवर्तक सूचकांक को कम करेगा। ये फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर एक ही कुल आंतरिक प्रतिबिंब पर काम करते हैं। सूचकांक-मार्गदर्शक सिद्धांत पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर के रूप में - चूँकि उनके पास कोर और क्लैडिंग के बीच बहुत अधिक प्रभावी अपवर्तक सूचकांक विपरीत हो सकता है और इसलिए गैर-रैखिक ऑप्टिकल में अनुप्रयोगों के लिए बहुत शक्तिशाली कारावास हो सकता है। उपकरण, ध्रुवीकरण (तरंगें) - तंतुओं को बनाए रखना है वैकल्पिक रूप से उन्हें बहुत कम प्रभावी इंडेक्स कंट्रास्ट के साथ भी बनाया जा सकता है।

वैकल्पिक रूप से, कोई एक फोटोनिक बैंडगैप फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर बना सकता है, जिसमें प्रकाश को माइक्रोस्ट्रक्चर्ड क्लैडिंग द्वारा बनाए गए फोटोनिक बैंडगैप द्वारा सीमित किया जाता है - ऐसा बैंडगैप, ठीक से डिज़ाइन किया गया, 'लोअर-इंडेक्स' कोर में प्रकाश को सीमित कर सकता है और यहां तक ​​कि एक खोखला (वायु) कोर खोखले कोर वाले बैंडगैप फाइबर संभावित रूप से उपलब्ध पदार्थो द्वारा लगाई गई सीमाओं को बाधित कर सकते हैं उदाहरण के लिए फाइबर बनाने के लिए जो तरंग दैर्ध्य में प्रकाश का मार्गदर्शन करते हैं जिसके लिए पारदर्शी पदार्थ उपलब्ध नहीं है (क्योंकि प्रकाश मुख्य रूप से हवा में है ठोस पदार्थ में नहीं) एक खोखले कोर का एक अन्य संभावित लाभ यह है कि कोई गतिशील रूप से पदार्थ को कोर में प्रस्तुत कर सकता है जैसे कि एक गैस जिसे किसी पदार्थ की उपस्थिति के लिए विश्लेषण किया जाना है। प्रकाश के संचरण को बढ़ाने के लिए समान या अलग सूचकांक पदार्थ के सोल-जैल के साथ छिद्रों को कोटिंग करके पीसीएफ को भी संशोधित किया जा सकता है।

इतिहास

फोटोनिक-क्रिस्टल फाइबर शब्द 1995-1997 में फिलिप रसेल (भौतिक विज्ञानी) द्वारा गढ़ा गया था (उन्होंने कहा (2003) कि यह विचार 1991 में अप्रकाशित कार्य के लिए है)।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Kapron, F. P. (1970). "ग्लास ऑप्टिकल वेवगाइड्स में विकिरण नुकसान". Applied Physics Letters. 17 (10): 423. Bibcode:1970ApPhL..17..423K. doi:10.1063/1.1653255.
  2. ↑ Keck, D.B. (1973). "ग्लास ऑप्टिकल वेवगाइड्स में क्षीणन की अंतिम निचली सीमा पर". Applied Physics Letters. 22 (7): 307. Bibcode:1973ApPhL..22..307K. doi:10.1063/1.1654649.
  3. ↑ Kaiser P.V., Astle H.W., (1974), Bell Syst. Tech. J., 53, 1021–1039
  4. ↑ J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, and D. M. Atkin, "All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding," Opt. Lett. 21, 1547-1549 (1996)
  5. ↑ Knight, J. C., et al. “Photonic Band Gap Guidance in Optical Fibers.” Science, vol. 282, no. 5393, 1998, pp. 1476–1478., https://doi.org/10.1126/science.282.5393.1476.
  6. ↑ P. Yeh, A. Yariv, and E. Marom, "Theory of Bragg fiber," J. Opt. Soc. Am. 68, 1196–1201 (1978)
  7. ↑ Agrawal, Arti (Feb 2013). "समकोणीय सर्पिल को ढेर करना". IEEE Photonics Technology Letters. 25: 291–294 – via IEEE.
  8. ↑ Tajima K, Zhou J, Nakajima K, Sato K (2004). "अल्ट्रालो लॉस एंड लॉन्ग लेंथ फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर" जर्नल ऑफ़ लाइटवेव टेक्नोलॉजी". Journal of Lightwave Technology. 22: 7–10. Bibcode:2004JLwT...22....7T. doi:10.1109/JLT.2003.822143.
  9. ↑ P. Roberts, F. Couny, H. Sabert, B. Mangan, D. Williams, L. Farr, M. Mason, A. Tomlinson, T. Birks, J. Knight, and P. St. J. Russell, "Ultimate low loss of hollow-core photonic crystal fibres," Opt. Express 13, 236-244 (2005) http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-13-1-236
  10. ↑ Canning J, Buckley E, Lyttikainen K, Ryan T (2002). "Wavelength dependent leakage in a Fresnel-based air–silica structured optical fibre". Optics Communications. 205: 95–99. Bibcode:2002OptCo.205...95C. doi:10.1016/S0030-4018(02)01305-6.
  11. ↑ Martijn A. van Eijkelenborg, Maryanne C. J. Large, Alexander Argyros, Joseph Zagari, Steven Manos, Nader A. Issa, Ian Bassett, Simon Fleming, Ross C. McPhedran, C. Martijn de Sterke, and Nicolae A.P. Nicorovici, "Microstructured polymer optical fibre," Opt. Express 9, 319-327 (2001)
  12. ↑ Temelkuran, B., Hart, S., Benoit, G. et al. Wavelength-scalable hollow optical fibres with large photonic bandgaps for CO2 laser transmission. Nature 420, 650–653 (2002). https://doi.org/10.1038/nature01275


अग्रिम पठन

  • T. A. Birks, P. J. Roberts, P. St. J. Russell, D. M. Atkin and T. J. Shepherd, "Full 2-D photonic bandgaps in silica/air structures" Electronic Letters 31, 1941-1942 (1995). (First reported PCF proposal)
  • P. St. J. Russell, "Photonic crystal fibers," Science 299, 358–362 (2003). (Review article.)
  • P. St. J. Russell, "Photonic crystal fibers", J. Lightwave. Technol., 24 (12), 4729–4749 (2006). (Review article.)
  • F. Zolla, G. Renversez, A. Nicolet, B. Kuhlmey, S. Guenneau, D. Felbacq, "Foundations of Photonic Crystal Fibres" (Imperial College Press, London, 2005). ISBN 1-86094-507-4.
  • R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St.J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, "Single-mode photonic band gap guidance of light in air," Science, vol. 285, no. 5433, pp. 1537–1539, Sep. 1999.
  • A. Bjarklev, J. Broeng, and A. S. Bjarklev, "Photonic crystal fibres" (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, 2003). ISBN 1-4020-7610-X.
  • J. M. Dudley, G. Genty, S. Coen, "Supercontinuum Generation in Photonic Crystal Fiber," Reviews of Modern Physics 78, 1135 (2006).


बाहरी संबंध

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