研究人员发现光子晶体光纤引导光的新机制 2017-07-17 09:16:30

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无芯光纤:如果光子晶体光纤被扭曲,它不需要具有不同折射率的芯来在其中心捕获光

来自埃尔兰根马克斯普朗克光科学研究所的科学家团队发现了一种新机制用于引导光子晶体光纤中的光子光子晶体光纤(PCF)是一种细毛玻璃纤维,沿其长度方向排列有规则的中空通道阵列当螺旋扭曲时,这种螺旋形中空通道阵列以类似于光线的方式作用于光线

当光线穿过围绕恒星的重力弯曲空间时光线的弯曲,如广义相对论所描述的那样光纤充当光管而且正如管道内部被墙壁包围一样,光纤通常具有导光芯,其玻璃的折射率高于封闭外包层的玻璃

折射率的差异导致光被反射在包层界面并像管中的水一样被困在核心中由马克斯普朗克光学研究所所长Philip Russell领导的团队是第一个成功引导PCF光而没有核心光子晶体的团队蝴蝶的颜色也可以引导光一个典型的光子晶体由一块玻璃组成,在整个体积内以规则的周期性图案排列孔由于玻璃和空气具有不同的折射率,折射率具有周期性结构这就是这些材料被称为晶体 - 它们的原子形成有序的三维晶格,如结晶盐或硅中所见,例如在传统晶体中,3D结构的精确设计决定了电子的行为,例如在电绝缘体中,导体和半导体以类似的方式,光子晶体的光学性质取决于周期性的3D微结构,即res一些蝴蝶翅膀闪烁的颜色,例如能够控制材料的光学特性在各种各样的应用中是有用的菲利普罗素和他的团队在埃尔兰根的马克斯普朗克研究所开发的光子晶体光纤可以是用于过滤可见光谱外的特定波长或产生非常白的光,例如电信中使用的所有光纤的情况,所有常规光子晶体光纤都具有芯和包层,每个具有不同的折射率或光学性质

PCF,充气通道已经为玻璃提供了与完全固态时不同的折射率

这些孔限定了光子晶体光纤中的空间“我们是第一个成功通过无芯光纤引导光线的”

来自埃尔兰根马克斯普朗克光科学研究所的Gordon Wong说,在Philip Russell的团队中工作的研究人员光子晶体光纤,其完整的横截面紧密堆积着大量的充气通道,每个通道的直径约为千分之一毫米,沿着整个长度延伸,而传统PCF的核心是实心玻璃,新光纤的横截面视图类似于筛子这些孔具有规则的分离,并且布置成使得每个孔被相邻孔的正六边形围绕“这种结构限定了纤维中的空间,”Ramin Beravat解释说,该出版物的作者可以将这些孔视为距离标记然后,纤维的内部有一种人造空间结构,由规则的孔洞形成“我们现在已经以扭曲的形式制造了纤维”,Beravat继续说道

扭转导致空心通道以螺旋线绕纤维长度缠绕

然后研究人员通过光纤传输激光

ular,无芯横截面,人们实际上会期望光线在屏幕的孔之间分布,就像它们的图案所确定的那样均匀,即在边缘处与中心一样多

相反,物理学家发现了令人惊讶的东西:光它集中在中心区域,传统光纤的核心位于中心区域 在扭曲的PCF中,光线遵循光纤内部的最短路径“这种效应类似于爱因斯坦广义相对论中的空间曲率,”Wong解释说,像太阳这样的重质物质会扭曲围绕它的空间 - 或者更确切地说,扭曲时空,即三个空间维度与第四维度的组合,时间 - 就像放置铅球的橡胶板一样,光跟随这个曲率两点之间的最短路径是不再是直线,而是曲线在日食期间,应该真正隐藏在太阳背后的恒星因此变得可见物理学家将这些最短的连接路径称为“测地学”“通过扭曲光纤,我们的光子晶体光纤中的'空间'变得扭曲,“黄说道这会导致光传播的螺旋测地线

这可以通过考虑光总是直观地理解s采用最短路径通过介质空气填充通道之间的玻璃束描述螺旋,其定义了光线的可能路径

通过光纤边缘的宽螺旋的路径比通过更紧密缠绕的螺旋的路径更长

然而,在其中心,导致弯曲的光线路径在一定半径处被光子晶体效应反射回光纤轴作为大规模环境传感器的扭曲PCF光纤越扭曲,空间越窄其中光集中与爱因斯坦的理论相似,这对应于更强的引力,从而对光的偏转更大

埃尔兰根的研究人员写道,他们为光创造了一个“拓扑通道”(拓扑结构与光相关)在连续变形下保存的空间特性)研究人员强调他们的工作是基础研究他们是为数不多的研究之一h在世界任何地方工作的团体然而,他们可以想到他们的发现的几个应用例如,一定间隔扭曲较少的扭曲光纤将允许一部分光线逃逸到外面光可以在这些定义的位置与环境相互作用“这可以用于测量介质吸收的传感器,例如”这些光纤的网络可以作为环境传感器在大面积上收集数据出版物:Ramin Beravat等人,“无芯光子晶体光纤中的扭曲引导:光的螺旋通道,“科学进展2016年11月25日:第2卷,第11期,e1601421; DOI:101126 / sciadv1601421来源:马克斯普朗克研究所