Физики Московского физико-технического института совместно с российскими и индийскими коллегами выполнили детальное моделирование распространения света в двух инновационных типах микроструктурированных оптических волокон. Исследователи изучили их ключевые характеристики: модовые и дисперсионные свойства.
Принцип работы и преимущества микроструктурированных волокон
В этих волокнах свет распространяется по специальным периодическим каналам. Чаще всего это воздушные полости или другие элементы с показателем преломления, отличающимся от основного материала. Подобная конструкция даёт значительные преимущества перед традиционными односердцевинными волокнами. Она позволяет гибко настраивать эффективный показатель преломления, контролировать число поддерживаемых мод, оптимизировать хроматическую дисперсию и межмодовую задержку — что критически важно для телекоммуникаций и сенсорики. Сложная структура также усиливает нелинейные оптические эффекты, такие как генерация гармоник.
Учёные отмечают: «В исследовании представлены сравнительные результаты модового анализа для двух недавно разработанных и успешно изготовленных кварцевых микроструктурированных оптических волокон».
Сравнение двух новых конструкций
Были проанализированы дисперсионные параметры двух новых волокон с гексагональной микроструктурой. В первом волокне использована асимметричная сердцевина (пропуск одного отверстия), во втором — кольцевая структура. Моделирование выявило, что асимметричное волокно поддерживает лишь две моды, тогда как кольцевое — целых 12 мод благодаря сложной геометрии сердцевины. Расчёты дисперсии показали, что асимметричное волокно вызывает меньшее расширение световых импульсов по сравнению с кольцевым, что особенно ценно для телекоммуникационных применений.
Перспективы для датчиков и связи
Ограниченное число мод в асимметричном волокне делает его идеальным для высокоточных маломодовых датчиков, например, измерения деформации или температуры, где важна стабильность сигнала. Многомодовые возможности второго волокна, имитирующего кольцевую сердцевину, открывают многообещающие перспективы для передачи вихревых пучков в телекоммуникационных системах будущего. Такие пучки позволяют реализовать пространственное разделение каналов, существенно повышая пропускную способность за счёт одновременной передачи множества независимых данных по одному волокну.
Новые горизонты в волоконной оптике
Полученные результаты открывают захватывающие перспективы для изучения микроструктурированных волокон со сложным дизайном сердцевины. Эти волокна крайне перспективны для создания новейших устройств доставки оптического сигнала с точно заданными параметрами передачи и селективным модовым составом.
Потенциал для создания инновационных устройств
На их основе могут быть разработаны приборы для фильтрации, конвертации, коммутации, переключения, мультиплексирования и управления параметрами передачи мод, включая системы, использующие технологии модового или пространственного мультиплексирования.
В проекте участвовали специалисты МФТИ, Национального технологического института Малавии (Индия), ООО «Т8», Поволжского государственного университета, АО «Научно-производственное объединение „Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова”», ООО «Оптоволоконная лаборатория», Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций, Объединенного института высоких температур и Университета Манипал (Индия).
