Fundamentos, técnicas de análisis y de diseño en fibras de cristal fotónico

1. Fundamentos,técnicas de análisis y de diseñoen fibras de cristal fotónico Enrique Silvestre enrique.silvestre@uv.es Grupo de Modelización y Diseño de Dispositivos Fotónicos

2. Esquema general • Introducción a las fibras ópticas con envoltura de cristal fotónico • Modelación de fibras de cristal fotónico (FCF) • Diseño de fibras de cristal fotónico

3. Esquema general • Introducción a las fibras ópticas con envoltura de cristal fotónico • descripción • mecanismo de guiado • tipos de fibras • propiedades más relevantes • Modelación de fibras de cristal fotónico (FCF) • Diseño de fibras de cristal fotónico

4. Descripción • Photonic crystal fibers (PCF) • Holey fibers • Microstructured fibers FCF triangular con núcleo de aire. Blazed Photonics FCF triangular con núcleo de sílice. Universidad de Valencia FCF en panal de miel. Crystal Fiber A/S • Fibras de cristal fotónico (FCF) • Fibras microestructuradas

5. Descripción Fibra convencional e distribución de índice

6. Descripción Fibra de cristal fotónico e distribución de índice

7. Comparación Fibra convencional Fibra de cristal fotónico

8. Descripción Fibra de cristal fotónico (‘triangular’)

9. Distribución de campo Fotografía de campo lejano Fotografía de microscopio electrónico Distribución de intensidad calculada

10. Estructura versátil razón a/L factor de escala M

11. Estructura versátil Panal de miel ‘Triangular’ Cuadrada

12. capilares Primera preforma ~ 1 cm Proceso de estirado Segunda preforma ~ 1 mm Proceso de estirado ~ 100 mm Fibra Fabricación de FCF

13. Mecanismo de guiado Fibra de cristal fotónico Fibra convencional Reflexión de Bragg Reflexión total (interna)

14. Reflexión y transmisión ‘externa’ ‘interna’ (+) (-) Conservación de la componente de k paralela a la interfaz, con w fija: Snell

15. Reflexión total (interna) tras el ángulo límite antes del ángulo límite (+) (-)

16. Superficies de índices Materiales isótropos y anisótropos —uniáxicos y biáxicos— J. M. Cabrera et al., Óptica electromagnética (2000)

17. Superficies de índices Multicapa periódica D.M. Atkin et al., J. Mod. Opt., 43, 1035 (1996)

18. Reflexión total interna ‘externa’

19. Reflexión total ‘externa’ B.T. Schwartz et al., J. Opt. Soc. Am. B, 20, 2448 (2003)

20. Reflexión total ‘externa’ B.T. Schwartz et al., J. Opt. Soc. Am. B, 20, 2448 (2003)

21. Guiado por reflexión total

22. Guiado por reflexión de Bragg

23. Un modelo simple de FCF Lámina homogénea con envoltura de cristal fotónico E. Silvestre et al., J. Opt. Soc. Am. A, 15, 3067 (1998)

24. Un modelo simple de FCF Lámina homogénea con envoltura de cristal fotónico E. Silvestre et al., J. Opt. Soc. Am. A, 15, 3067 (1998)

25. Un modelo simple de FCF (materiales no dispersivos)

26. Un modelo simple de FCF

27. Un modelo simple de FCF Constancia asintótica del número de modos guiados E. Silvestre et al., J. Opt. Soc. Am. A, 15, 3067 (1998)

28. Diagrama de bandas de un cristal fotónico 2D (red hexagonal centrada)

29. Diagrama de bandas proyectado en eje

30. índice efectivo de la envoltura Relación de dispersión de FCF FCF monomodo (medios no dispersivos) FCF triangular L= 2.3 mm, a = 0.3 mm A. Ferrando, et al., Opt. Lett.24, 276 (1999) J.C. Knight et al., Opt. Lett.21, 1547 (1996)

31. Relación de dispersión de fibras convencionales

32. índice efectivo de la envoltura Fibras (ilimitadamente) monomodo FCF monomodo A. Ferrando, et al., Opt. Lett.24, 276 (1999)

33. Fibras (ilimitadamente) monomodo FCF monomodo A. Ferrando, et al., Opt. Lett.24, 276 (1999)

34. l = 632.8 nm Fibras (ilimitadamente) de pocos modos a = 0.7 mm L = 2.3 m A. Ferrando, et al., J. Opt. Soc. Am. A17, 1333 (2000)

35. Fibras (ilimitadamente) de pocos modos a = 0.7 mm L = 2.3 m l = 632.8 nm A. Ferrando, et al., J. Opt. Soc. Am. A17, 1333 (2000)

36. Fibras de guiado intrabanda Mecanismo de guiado ‘alternativo’ R.F. Cregan et al., Science285, 1537 (1999)

37. Diagrama de bandas proyectado en eje

38. Fibras con defectos ‘dadores’ Guiado intrabanda red triangular b < a L = 2.3 m , a = 0.66 mm A. Ferrando et al., Opt. Lett25, 1328 (2000)

39. Fibras con defectos ‘aceptores’ Guiado intrabanda red triangular b > a L = 2.3 m , a = 0.66 mm

40. Tipos de FCF P. Russell, OPN, Jul/Aug, 26 (2007) | http://www.crystal-fibre.com

41. Tipos de estructuras Hexagonal centrada (‘triangular’) W.H. Reeves et al., Opt. Express10, 609 (2002)

42. Tipos de estructuras Tela de araña

43. Tipos de estructuras Birrefringente M. Delgado-Pinar et al., ICTON 2007, We.A2.6 (2002)

44. Tipos de estructuras Núcleo hueco diámetro del núcleo: 20 μm P. Russell, OPN, Jul/Aug, 26 (2007)

45. Tipos de estructuras Hexagonal (no centrada) = panal de miel

46. Tipos de estructuras Kagomé

47. Propiedades más relevantes • Monomodo (o pocos modos) ilimitadamente • Birrefringencia enorme • Relaciones de dispersión versátiles • dispersión ajustable • frecuencias de corte superiores • Refuerzo o atenuación de efectos alineales • supercontinuo

48. Comparison of the supercontinuum with other broadband light sources Supercontinuo J.M. Dudley et al., Rev. Mod. Phys.78, 1134 (2006)

49. Dispersión ultraplana A. Ferrando et al., Opt. Express9, 687 (2001)

50. Frecuencias de corte superiores a = 0.7 mm b = 0.5 mm • n ~ 4 .10-3 , LB = 0.5 mm,  = 2 µm • ultrahigh birefringence • new mechanism of polarizationdiscrimination: single-polarizationl  [1350,1700] nm. A. Ferrando et al., Appl. Phys. Lett.78, 3184 (2001)