FIBRAS ÓPTICAS BASADAS EN CRISTALES FOTÓNICOS

Introducción Fibra óptica: Es un hilo muy fino de material transparente por el cual se trasmiten datos en forma de pulsos de luz. Los rayos de luz introducidos en la fibra óptica quedan confinados, reflejándose en las paredes y trasmitiéndose a lo largo de la línea con un ángulo de incidencia superior ángulo crítico establecido por la Ley de Snell.

Introducción Cristal Fotónico: Es una estructura constituida por variaciones periódicas del índice de refracción que se caracterizan por tener una banda prohibida que podemos diseñar a voluntad para permitir o impedir la propagación de fotones con determinadas energías. En la banda prohibida no existen refracción de los fotones, produciéndose en consecuencia una reflexión total de la luz, propiedad que podemos aplicar a la fabricación de guías de onda.

Introducción Fibra de cristal fotónico: La fibra de cristal fotónico, también llamada fibra óptica microestructurada, es un nuevo tipo de fibra óptica basado en las propiedades de los cristales fotónicos. Su principal ventaja es la posibilidad de construirlas con núcleos muy pequeños, lo cual acrecenta los efectos no lineales, así como con bandas de propagación monomodo muy extensas.

Introducción Fibra de cristal fotónico: La dispersión cromática de las fibras de cristal fotónico puede ajustarse mediante el diseño adecuado de su geometría, pudiendo obtenerse valores inalcanzables con la tecnología de fibra óptica convencional. Se caracterizan por una microestructura de material de bajo índice de refracción sobre un material de mayor índice de refracción, que suele ser sílice. La región de bajo índice de refracción se construye habitualmente mediante conductos de aire (agujeros) que se extienden a lo largo de la longitud de la fibra.

Funcionamiento Las fibras ópticas elaboradas a partir de cristales fotónicos están formadas por una fibra delgada de sílice que presenta una distribución regular de agujeros de aire que se extienden a lo largo de toda su longitud. Esta distribución periódica está rota por la ausencia de uno de los agujeros, lo que conlleva la aparición de un defecto. La región en torno al defecto actúa como el núcleo central de la fibra, mientras que la estructura periódica que lo rodea constituye la envoltura que opera como un cristal fotónico bidimensional. Así pues, bajo iluminación paralela en eje, es posible generar modos confinados en la región del defecto cuya propagación transversal está inhibida por la estructura periódica envolvente.

Propiedades Monomodo (o pocos modos) Gran birrefringencia Relaciones de dispersión versátiles dispersión ajustable frecuencias de corte superiores Refuerzo o atenuación de efectos alineales supercontinuo

FOC vs FCF

Tipos Fibra de guiado de alto índice Fibra de guiado de bajo índice Similares a las convencionales: el guiado se produce por reflexión interna total Bajo índice de refracción de la estructura con agujeros Fibra de guiado de bajo índice Fenómeno “photonic bandgap” La luz se confina en el interior del núcleo de bajo índice

Polarización Permanente Tipos Reflexión Total Banda prohibida Todo Solido Microperforado Núcleo Sólido  Núcleo Hueco  Modo Simple Continuo Baja Linealidad Polarización Permanente Alto Rango de modos Núcleo Sólido  Núcleo Hueco 

Fabricación Preparación de la preforma: Apilar combinación de tubos capilares. Estirar la preforma uniformemente mediante la aplicación de una fuente de calor. Cobertura protectora para proporcionar robustez a la fibra.

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

Aplicaciones Trasmisión de datos: Se emplea en comunicaciones ópticas para la trasmisión de datos mediante pulsos de luz. Dicha tramisión se produce a una mayor velocidad y con pérdidas mínimas. Este sistema se emplea también en la computación cuántica. Sensores: A partir de este tipo de fibras se pueden realizar disitntos tipos de sensores, entre los que se encuentran sensores como células fotoeléctricas, sensores de temperatura o de humadad. Para ello se somete la fibra a un proceso mecánico de limado de forma que parte esta quede expuesta al medio, produciéndose perturbaciones que pueden ser controladas y medidas.

Aplicaciones Obtención de Supercontinuos: Las fibras ópticas basadas en cristales fotónicos se pueden emplear para la manipulación de la luz, ampliando el rango de longitudes de onda en los que se puede trasmitir. En la actualidad dichas manipulaciones se realizan mediante el empleo de secciones basadas en la estructura Kagomé. Relojes ópticos: Basándonos en la obtención del Supercontinuo mediante el empleo de fibras de cristales fotónicos se pueden elaborar relojes ópticos. Dichos relojes tienen una gran precisión, imposible de conseguir con las tecnologías actuales, ya que tan solo ganan o pierden un segundo cada millón de años.

Referencias Apuntes y documentación facilitados por el profesor J. Salzman a lo largo del curso “Física y Aplicaciones de los Cristales Fotónicos. Libro “Photonic Crystals” de John D. Joannopoulos. Cap. 9. www.wikypedia.org Artículo publicado por el periódico El Pais. Documentación facilitada del MIT. Presentación y apuentes sobre Cálculo y apliaciones de Fribras de Cristal Fotónico. Prof. Silvestre. Universidad Politécnica de Valencia

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