A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Fibras ópticas de cristal fotônico Gustavo Wiederhecker Laboratório de Comunicações Ópticas Instituto de Física Gleb Wataghin Universidade Estadual de.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Fibras ópticas de cristal fotônico Gustavo Wiederhecker Laboratório de Comunicações Ópticas Instituto de Física Gleb Wataghin Universidade Estadual de."— Transcrição da apresentação:

1 Fibras ópticas de cristal fotônico Gustavo Wiederhecker Laboratório de Comunicações Ópticas Instituto de Física Gleb Wataghin Universidade Estadual de Campinas Foto: Cristiano Cordeiro, Lab. Fenômenos Ultra-rápidos, UNICAMP

2 Outline O que são fibras de cristal fotônico? Guiamento em fibras cilíndricas Guiamento em PCFs Aplicações de PCF Status atual

3 Fibras ópticas hoje (fora de escala) Perda: 0.2 dB/Km Amplificadores a cada Km Casca de sílica n ~ 1.44 Perfis de índice de refração mais elaborados Núcleo de sílica dopada n ~ 1.45 Modo óptico confinado Diâmetro ~ 10µm

4 O que são Photonic-cristal fibers? PCFs são fibras ópticas cuja casca é formada por um arranjo periódico de inclusões de um outro material (photonic crystal). Philip Russell, Jonathan Knight e Tim Birks, Universidade de Bath, UK, em [ J. C. Knight et al., Opt. Lett. 21, 1547 (1996)]

5 Que tipos existem? a) High NA, dupla- casca b) Solid-core c) Solid-core PBG d) Hollow-core PBG (a)

6 O que elas podem fazer ? Monomodo em qualquer comprimento de onda Baixíssima dispersão (D < 1 ps/nm/km de nm) Altíssima dispersão ( D < ps/nm/km ) Baixíssima perda por curvatura (5 mm) Grande área efetiva > 1000 m 2 (monomodo!) –Redução de efeitos não-lineares –Transmissão de altas potências –Lasers a fibra de alta potência (> 50 kW cw) Pequena área efetiva ~1 m 2 –Altamente não-linear –Gerar novas cores (super-contínuo) –Amplificação óptica

7 Fabricando uma PCF Stack & draw tubo de silica (~cm) puxamento ~mm

8 Solid-core PCF: os dois extremos 10 m

9 Escalas Jupiter: diâmetro = km Terra: diâmetro = km Fibra standard : MFD = 10,4 m ( =1.55 mm) PCF altamente não-linear: MFD = 1,3 m ( =1.55 mm)

10 Outline O que são fibras de cristal fotônico? Guiamento em fibras cilíndricas Guiamento em PCFs Aplicações de PCF Status atual

11 Guiamento de luz por reflexão interna total (RIT)

12 Guiamento por RIT 2a n grande n pequeno

13 Manipulando a dispersão cromática Em fibras convencionais existem dois parâmetros livres: diâmetro e n Nem tão livres assim! Para guiamento monomodo devemos ter V<2.4

14 d = 20 m Manipulando a dispersão cromática d = 10 md = 4 md = 2 md = 1 m Barra de silica: n núcleo = 1.45, n casca = 1.0 D total ( ) = D material ( ) + D waveguide ( )

15 Manipulando a dispersão cromática Fibra standard: n núcleo = 1.45, n casca = 1.44 D total ( ) = D material ( ) + D waveguide ( ) d = 20 md = 10 md = 6 md = 5 md = 4 md = 3 md = 2 m

16 Outline O que são fibras de cristal fotônico? Guiamento em fibras cilíndricas Guiamento em PCFs Aplicações de PCF Status atual

17 Como PCFs guiam luz? Reflexão internal total modificada n(r) n silica n ar

18 Cutoff: PCF e fibra convencional Fibra convencional: V( a, ) < 2.4 –O índice da casca não depende de, nem do diâmetro. PCF: V PCF ( d,, ) < –Como o índice da casca depende de ( d,, ) ? a

19 Cutoff: A luz na casca de uma PCF Em uma PCF o índice de refração da casca depende do diâmetro (d) e período ( ) dos buracos de ar e do comprimento do onda ! Para >>, d, a luz penetra na casca, inclusive nos buracos de ar (difração). Para << d, a luz fica confinada no vidro (reflexão interna total). d

20 Cutoff em PCFs O aumento de n casca quando diminui faz com que n seja sempre pequeno. Quando d/ <0.406, V PCF < para qualquer. Portanto, PCFs com d/ < são, PARA SEMPRE, monomodo.l Monomodo Multimodo V PCF ( d,, ) =

21 Outline O que são fibras de cristal fotônico? Guiamento em fibras cilíndricas Guiamento em PCFs Aplicações de PCF Status atual

22 Controle de GVD [ W. Reeves et al., Nature 424, 511 (2003)] [ W. Reeves et al., Opt. Express 10, 609 (2002)] D< 1ps/nm/km Dispersão plana e baixa em toda a faixa de telecom.

23 Controle de GVD ab cd 100 nm 1 m 100 nm Wiederhecker et al, Nature Photonics 1, (2007) Diâmetro dos buracos: nm

24 Controle de GVD: Empurrando a luz pro ar Como a distribuição da luz em uma barra se difere de um tubo? Com pequeno, a luz se concentra no vidro Com grande, a luz se concentra no ar Wiederhecker et al, Nature Photonics 1, (2007) d/ = 0.2 d = 1 m d/ = 1

25 Controle de GVD Transição entre dispersão anômala e normal mudando o diâmetro do buraco central Wiederhecker et al, Nature Photonics 1, (2007) Saitoh et al, Optics Express 13, (2005) d buraco =150 nm d buraco =205 nm d buraco =110 nm

26 Compensação de dispersão PCF com perfil W 1 km de PCF compensa 80 Km de fibra standard [ P. J. Roberts et al., J. Opt. Fiber Commun. Rep. 2, 435 (2005)]

27 Bending loss 20 voltas Raio 10 mm. Perda curvatura dB/m n(r) m [ P. J. Roberts et al., J. Opt. Fiber Commun. Rep. 2, 435 (2005)]

28 Emendas em PCFs Emendas em PCF podem ser feitos com métodos tradicionais. 0.9 dB, 13 descargas 1 dB, 35 descargas Perda na emenda (dB) [ L. Xiao et al., Optics Letters 32, 1151 (2006)] núcleo 4 mnúcleo 2.1 m

29 Efeitos não-lineares A dispersão baixa e a pequena área efetiva permitiu demonstração de uma fonte a geração de uma fonte inédita de luz branca. They have the bandwidth of sunlight but are 10 4 times brighter (>100 GW/m 2 /sterad)– Philip Russell, Science 299, 5605.

30 Contras Apesar de serem compatíveis com fibras convencionais, requerem tratamento especial. –Buracos de ar permitem entrada de água –Emendas dependem muito de qual fibra se utiliza Flutuação da dispersão ao longo do comprimento (escala com n) Birrefringência (altamente não-lineares) Hoje em dia, ainda são muito caras. (~ 1k US$ /metro)

31 Outline O que são fibras de cristal fotônico? Guiamento em fibras cilíndricas Guiamento em PCFs Aplicações de PCF Status atual

32 Status no mundo PCF podem ser adquiridas comercialmente –Crystal Fibre Brasil –Unicamp Lab. Fenômenos Ultra-rápidos (Cristiano Cordeiro) LCO (Hugo Fragnito) Lab. Fibras Ópticas (L. Barbosa) FEEC (Hugo Figueroa) –UNESP - Araraquara –Mackenzie (Cristiano de Matos) –USP – São Carlos (Murilo, Mônica) –UFPE – Recife (Anderson Gomes)

33 Obrigado !

34 Status [Fonte: ISI Web of Science]


Carregar ppt "Fibras ópticas de cristal fotônico Gustavo Wiederhecker Laboratório de Comunicações Ópticas Instituto de Física Gleb Wataghin Universidade Estadual de."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google