МИКРОСТРУКТУРИ́РОВАННЫЕ СВЕТОВО́ДЫ

МИКРОСТРУКТУРИ́РОВАННЫЕ СВЕ­ТО­ВО́ДЫ, во­ло­кон­ные све­то­во­ды со слож­ной про­стран­ст­вен­ной струк­ту­рой, фор­ми­руе­мой так, что серд­це­ви­на све­то­во­да ок­ру­же­на сис­те­мой ори­ен­ти­ро­ван­ных вдоль его оси воз­душ­ных от­вер­стий или ци­лин­д­рич. вклю­че­ний ле­ги­ро­ван­но­го стек­ла (т. н. дыр­ча­тые све­то­во­ды). Та­кая струк­ту­ра по­зво­ля­ет рас­ши­рить и улуч­шить функ­цио­наль­ные воз­мож­но­сти све­то­во­да.

Изображения поперечных сечений микроструктурированных световодов со сплошной (а–в) и полой (г) сердцевинами, полученные с помощью электронного микроскопа.

Тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния М. с. раз­ра­бо­та­на в сер. 1990-х гг. груп­пой ис­сле­до­ва­те­лей под рук. Ф. Рас­сел­ла (Ве­ли­ко­бри­та­ния). При из­го­тов­ле­нии М. с. ис­поль­зу­ют­ся оп­тич. ма­те­риа­лы с низ­ки­ми оп­тич. по­те­ря­ми, та­кие как квар­це­вое стек­ло, стёк­ла с ле­ги­рую­щи­ми до­бав­ка­ми, ре­же – халь­ко­ге­нид­ные стёк­ла. М. с., как пра­ви­ло, вы­тя­ги­ва­ют при вы­со­кой темп-ре из за­го­то­вок, пред­став­ляю­щих со­бой на­бор по­лых ци­линд­ров и сплош­ных стек­лян­ных стерж­ней. Вол­но­вод­ная пе­ре­да­ча оп­тич. из­лу­че­ния в та­ких струк­ту­рах (рис.) про­ис­хо­дит бла­го­да­ря пол­но­му внут­рен­не­му от­ра­же­нию, как в обыч­ных све­то­во­дах, а так­же за счёт но­во­го фи­зич. ме­ха­низ­ма фор­ми­ро­ва­ния вол­но­вод­ных мод, свя­зан­но­го с вы­со­кой ­от­ражат. спо­соб­но­стью обо­лоч­ки, имею­щей вид дву­мер­но­го фо­тон­но­го кри­стал­ла – струк­ту­ры с пе­рио­дич. мо­ду­ля­ци­ей по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния на про­стран­ствен­ных мас­шта­бах по­ряд­ка дли­ны вол­ны оп­тич. из­лу­че­ния. По­это­му М. с. на­зы­ва­ют так­же фо­тон­но-кри­стал­лич. све­то­во­да­ми.

Из­ме­не­ни­ем струк­ту­ры М. с. мож­но це­ле­на­прав­лен­но фор­ми­ро­вать тре­буе­мые час­тот­ные за­ви­си­мо­сти фа­зо­вой и груп­по­вой ско­ро­стей све­та, про­стран­ст­вен­ные про­фи­ли ин­тен­сив­но­сти по­ля, а так­же зна­чи­тель­но уси­ли­вать или ос­лаб­лять не­ли­ней­но-оп­тич. взаи­мо­дей­ст­вия рас­про­стра­няю­щих­ся по М. с. элек­тро­маг­нит­ных волн. Для спец. клас­са М. с. уда­ёт­ся су­ще­ст­вен­но рас­ши­рить по срав­не­нию с обыч­ны­ми све­то­во­да­ми диа­па­зон час­тот, в ко­то­ром све­то­вод яв­ля­ет­ся од­но­мо­до­вым.

Бла­го­да­ря та­ким свой­ст­вам в М. с. мож­но реа­ли­зо­вать но­вые ре­жи­мы пре­об­ра­зо­ва­ния све­то­вых по­лей, по­это­му они ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в оп­тич. тех­но­ло­ги­ях. В ча­ст­но­сти, в М. с. с ма­лым (по­ряд­ка 1 мкм) диа­мет­ром серд­це­ви­ны про­ис­хо­дит вы­со­ко­эф­фек­тив­ное не­ли­ней­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­ние сверх­ко­рот­ких (фем­то­се­кунд­ных) ла­зер­ных им­пуль­сов, со­про­во­ж­дае­мое ге­не­ра­ци­ей из­лу­че­ния (см. рис. 2 к ст. Кван­то­вая элек­тро­ни­ка) с ши­ро­ким не­пре­рыв­ным спек­тром (су­пер­кон­ти­ну­ум). Это яв­ле­ние ис­поль­зу­ет­ся для из­ме­ре­ния и ста­би­ли­за­ции фа­зы не­су­щей час­то­ты от­но­си­тель­но оги­баю­щей сверх­ко­рот­ких све­то­вых им­пуль­сов, что по­зво­ля­ет соз­да­вать на­дёж­ные и ком­пакт­ные фем­то­се­кунд­ные оп­тич. сис­те­мы для вы­со­ко­точ­но­го из­ме­ре­ния час­тот­ных ин­тер­ва­лов, ин­тер­ва­лов вре­ме­ни и рас­стоя­ний на ос­но­ве ме­то­ди­ки т. н. час­тот­ных гре­бё­нок. За раз­ра­бот­ку этой ме­то­ди­ки Т. Хен­шу и Дж. Хол­лу в 2005 при­су­ж­де­на Но­бе­лев­ская пр. М. с., осу­ще­ст­в­ляю­щие управ­ле­ние фа­зой пре­дель­но ко­рот­ких све­то­вых им­пуль­сов (дли­тель­но­стью в неск. перио­дов ко­ле­ба­ний све­то­во­го по­ля), яв­ля­ют­ся од­ним из осн. эле­мен­тов ла­зер­ных ис­точ­ни­ков, ис­поль­зуе­мых в ат­то­се­кунд­ной оп­ти­ке и фи­зи­ке сверх­силь­ных све­то­вых по­лей.

Пре­об­ра­зо­ва­ние сверх­ко­рот­ких све­то­вых им­пуль­сов в со­ли­то­ны, реа­ли­зуе­мое в М. с. с вы­со­кой оп­тич. не­ли­ней­но­стью, ис­поль­зу­ет­ся для соз­да­ния пе­ре­страи­вае­мых по час­то­те пол­но­стью во­ло­кон­ных ис­точ­ни­ков сверх­ко­рот­ких ла­зер­ных им­пуль­сов. Это от­кры­ва­ет но­вые воз­мож­но­сти в об­лас­ти спек­тро­ско­пии, мик­ро­ско­пии, ла­зер­ной био­ме­ди­ци­ны, ког­ни­тив­ных ис­сле­до­ва­ний. На ос­но­ве со­ли­тон­ных яв­ле­ний в М. с. про­ис­хо­дит пол­но­стью оп­тич. син­хро­ни­за­ция в схе­мах оп­тич. па­ра­мет­рич. уси­ле­ния пре­дель­но ко­рот­ких све­то­вых им­пуль­сов.

Для пе­ре­да­чи и не­ли­ней­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­ния мощ­но­го ла­зер­но­го из­лу­че­ния (вклю­чая вы­со­ко­ин­тен­сив­ные сверх­ко­рот­кие ла­зер­ные им­пуль­сы), а так­же для вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­но­го ана­ли­за со­ста­ва га­зо­вых сме­сей ис­поль­зу­ют­ся М. с. с по­лой серд­це­ви­ной. На ос­но­ве од­но­мо­до­вых М. с. раз­ра­бо­тан но­вый класс во­ло­кон­ных ла­зе­ров и уси­ли­те­лей сверх­ко­рот­ких ла­зер­ных им­пуль­сов.