Исследование оптических свойств стеклянных микроструктурных волокон

Скибина, Юлия Сергеевна

Исследование оптических свойств стеклянных микроструктурных волокон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Скибина, Юлия Сергеевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование оптических свойств стеклянных микроструктурных волокон»

Автореферат диссертации на тему "Исследование оптических свойств стеклянных микроструктурных волокон"

На правах рукописи

Скибина Юлия Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ВОЛОКОН

(Специальность 01.04.21 - лазерная физика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов 2003

Работа выполнена в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, Мельников Л.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, Рябухо В.П.. кандидат физико-математических наук, Веселов А.Г.

Ведущая организация: Всероссийский Научный Центр «Государственный Оптический Институт им. С.И. Вавилова», Санкт - Петербург, Россия

Защита состоится 1 декабря 2003г. в /5~. на заседании диссертационного совета Д 212.243.05 при Саратовском государственном университете им. Н.Г.Чернышевского

Адрес: 410026, г. Саратов, ул. Астраханская 83, СГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета.

Автореферат разослан «<£Г» октября 2003г.

Ученый секретарь Совета Л

д.ф.-м.н., профессор В Дфбов

2лэоЗ-l

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Чтобы использовать уникальные возможности оптики для обработки информации, необходимо разработать подходящие технологии создания устройств генерации, детектирования оптических сигналов, выполненных из оптических элементов на базе нового класса оптических материалов, например материалов с периодической структурой, которые в настоящее время принято называть фотонными кристаллами.

Для понимания процессов в фотонном кристалле его можно сравнить с кристаллом полупроводника, а распространение фотонов с движением носителей заряда — электронов и дырок. В идеальном кремнии атомы расположены в алмазоподобной кристаллической структуре, и, согласно зонной теории, электроны, распространяясь по кристаллу, взаимодействуют с периодическим потенциалом поля атомных ядер. Это является причиной появления разрешенных и запрещенных энергетических зон — квантовой механикой запрещается существование электронов с энергиями, соответствующими энергетическому диапазону, называемому запрещенной зоной. В реальных полупроводниках периодичность решетки может быть нарушена дислокациями, включениями междоузельных атомов примеси, и, соответственно, электроны могут иметь энергию в пределах промежутка зоны. ' Аналогично обычным кристаллам, фотонные кристаллы

содержат высокосимметричную структуру элементарных ячеек, причем, если структура обычного кристалла определена положениями атомов в решетке, то структура фотонного кристалла состоит из периодической пространственной модуляции диэлектрической - постоянной среды, масштаб которой сопоставим с длиной волны зондирующего излучения. Периодичность модуляции диэлектрической постоянной можно создавать в одной, двух, или трех пространственных координатах, формируя одно-, двух- и трехмерные фотонные кристаллы.

В последнее время фотонно - кристаллические и

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

микроструктурные волокна привлекают все большее внимание в связи с их уникальными свойствами. Как правило, эти волокна включают периодическую структуру воздушных пустот в пределах кварцевой серДЦевины, причем в центре могут находиться точечные, линейные, полые дефёКты (Нарушение периодичности), которые играют роль оптических волновоДов.

Такие микроструктурные волокна изготавливаются по классической волоконной технологии, методом перетягивания в подобии исходной заготовки или пакета, например, гексагонально уложенных стеклянных или кйарцевых капилляров с дефектом в ййде Пропущенного капилляра или капилляров, или дополнительного отверстия большего диаМетра. Направляющие свойства таких структур определяются в основном периодической структурой диэлектрика вблизи дефекта, т.е. зависят от выбора диаметра отверстий их геометрии и расположения.

Микроструктурные волокна сохраняют одномодовый характер распространения с минимальными потерями в шйрокой области спектра, обладают нулевой дисперсией групповых скоростей вплоть до 650 нм (для примера, обычные кварцевые волокна не могут иметь нулевую дисперсию ниже длины волны 1.28 мкм). Эти волокна менее чувствительны к изгибам и к кручению. Возможность создания волокон с аномальной дисперсией групповых скоростей в ближнем ИК диапазоне обеспечивает перспективы для создания солитонных линий связи с длительностью отдельного импульса в фемтосекундном диапазоне, поскольку именно в этом диапазоне спектра наиболее развита фемтосекундная лазерная техника.

Волокна с воздушным ядром способны пропускать значительно более мощное лазерное излучение, так как воздух имеет высокий порог оптического пробоя. Создание волокон с дисперсией групповых скоростей, близкой к нулю в широком диапазоне спектра, позволит увеличить как скорость передачи в одном информационном канале, так и число спектральных каналов в системах частотного мультиплексирования

' >

(уплотнения) оптических сигналов. В настоящее время разрабатываются технологии создания промышленного изготовления таких волокон.

Актуальность поставленной и решаемой в настоящей диссертации задачи во многом обусловлена современной тенденцией перехода элементной базы обработки информации с электронов на квазичастицы - фотоны, фононы, магноны, т.е. частицы, не имеющие массы покоя.

^ Целью данной работы является экспериментальное

исследование линейных (пропускание, дифракционные явления, потери) и нелинейных (генерация суперконтинуума) свойств, «' разработанных микроструктурных волокон.

В рамках работы решались следующие задачи:

♦ разработка структуры экспериментальных образцов волокон, обладающих определенными оптическими свойствами;

♦ разработка методики измерения спектров пропускания стеклянных микроструктурных волокон в поперечном направлении;

♦ разработка метода и экспериментальной установки для к исследования дифракционных картин от образцов, при

облучении их лазерным излучением;

♦ исследование пропускания стеклянных микроструктурных | волокон в продольном направлении, измерение уровня

оптических потерь в таких волокнах;

♦ разработка методики получения генерации суперконтинуума в стеклянных микроструктурных волокнах.

Научная новизна работы

• Для исследования оптических характеристик микроструктурных

волокон разработаны и изготовлены более 10 типов стеклянных

микроструктурных волокон, в которых излучение

распространяется с потерями от 0.19 дБ/м, что соответствует уровню потерь в кварцевом волокне (0.2-0.45 дБ/м);

• Впервые разработан метод измерения спектров пропускания микроструктурного волокна в поперечном направлении. Используя, новый подход к получению спектров установлено соответствие между окраской структур, размерами отверстий микроструктурного волокна.

• Исследованы пространственно-спектральные зависимости в спектрах пропускания микроструктурных волокон, а именно, < влияние наклона структуры, заполнения воздушных полостей структур, разными жидкостями, влияние внутренней симметрии микроструктурного волокна на спектры > пропускания.

• Используя разработанную программу, основанную на методе плоских волн, получены спектры пропускания реального образца микроструктурного волокна, в котором обнаружено наличие узких запрещенных зон.

• Разработан метод определения размеров дефекта (нарушение периодичности) по дифракционным картинами, полученным от образца микроструктурного волокна.

• Получен нелинейный оптический эффект - генерация 4 суперконтинуума в диапазоне от 180 нм - до 1800 нм на стеклянном микроструктурном волокне.

• Впервые обнаружен эффект периодичности окраски волокна в поперечной плоскости, при распространении сверхкоротких импульсов вдоль оси волокна, во время генерации суперконтинуума.

Полученные в данной работе результаты использовались при

выполнении работ по гранту Министерства науки и образования

ФРГ 13№8384.

Практическая значимость результатов

1. Разработаны экспериментальные образцы микроструктурных волокон и технологии их изготовления;

2. Разработаны методы и устройства для исследования свойств пропускания микроструктурных волокон, в продольном и поперечном направлениях;

3. Разработан миниатюрный фильтр на базе микроструктурного волокна, для которого ширина вырезаемого излучения составляет десятки нанометров;

4. Разработан метод определения размеров «дефектов» по дифракционным картинам с погрешностью не более 10%;

5. Разработаны экспериментальные образцы микроструктурных , волокон, для которых потери составляют 0.19 дБ/м, что не

превышает потерь для микроструктурных волокон, изготовленных из кварца;

I 6. Разработана методика получения генерации суперконтинуума в стеклянном микроструктурном волокне;

7. Получена генерация суперконтинуума (180нм -1800 нм) на базе стеклянного микроструктурного волокна, позволяющая создать эффективные сверхширокополосные источники и преобразователи света.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена ь использованием апробированных методов измерений, обработки и анализа экспериментальных данных. Достоверность подтверждается согласием полученных результатов и сделанных в работе выводов с » результатами, опубликованными другими авторами. Все оригинальные результаты воспроизводятся при повторении экспериментов.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Для исследования оптических характеристик разработаны технологии изготовления микроструктурных волокон со сложным поперечным сечением и линейными размерами отверстий порядка 0.1 мкм. По этой технологии изготовлены более 10 образцов

стеклянных микроструктурных волокон с потерями от 0.19 дБ/м.

2. Исследованы спектры пропускания микроструктурных волокон при перпендикулярном падении света на образцы, показана возможность использования дифракционного метода для контроля размеров центрального дефекта с погрешностью не более 10%. Установлено, что при уменьшении диаметра капилляров и размеров дефекта <1 мкм микроструктурное волокно приобретает определенную окраску (для диаметров отверстий 0.4 мкм - волокно зеленого цвета, для диаметра 0.6 мкм - красное).

3. На стеклянном микроструктурном волокне получен нелинейный эффект - генерация суперконтинуума в диапазоне от 180 нм до 1800 нм (с нижней границей, сдвинутой в область вакуумного ультрафиолета), при этом генерация суперконтинуума наблюдалась на волокнах длиной от 0.2 м до 2.5 м.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на

следующих международных конференциях:

• Saratov Fall Meeting'99: Optical technologies in Biophysics and Medicine, Saratov, Russia, October 5-8,1999

• International Workshop on Optical Waveguige Theory and

numerical modeling, Prague, Czech Republic, 26-27 May, 2000;

• Saratov Fall Meeting 2000, Saratov, Russia, October 3-6, 2000;

• CLEO 2001, Baltimore, California, USA 6-11 May;

• Saratov Fall Meeting 2001, Saratov, Russia, October 2-5,2001;

• CLEO 2002, Long Beach, California, USA, 19-24 May;

• Saratov International Workshop on Biophotonics - SIWB-02,

Saratov, Russia, June 19 - 21, 2002;

• IQEC 2002, Moscow , June 22-27;

Saratov Fall Meeting 2002, Saratov, Russia, October 1-4, 2002;

• Conference on Lasers and Electrooptics, USA, 2003;

• Conference on Lasers and Electrooptics-Europe, München, Germany, 2003.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 работ (3 статьи в рецензируемых журналах, 4 статьи в международных научных сборниках, 6 статей в сборниках тезисов докладов конференций).

Личный вклад автора

Личный вклад автора состоит в разработке конструкций микроструктурных волокон и технологий их изготовления, постановке и проведении экспериментов, модернизации экспериментальных установок, обработке и интерпретации результатов при изучении их свойств. Постановка исследовательских задач осуществлялась профессором, д.ф.-м.н. Мельниковым JI.A. (СГУ) и к.ф.-м.н. Синичкиным. Ю.П. (СГУ). Исследование нелинейных свойства микроструктурных волокон и обсуждение результатов выполнялись при участии д.ф.-м.н. Желтикова A.M. (МГУ), Dr. P. Glas и D. Fischer (Max-Born Institute, Berlin, Germany), Dr. A. Bjeumikhov и Prof. N. Langhoff (IFG, Berlin, Germany), Dr. R.Wedell (IAP, Berlin, Germany).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 125 наименований. Общий объем диссертации составляет 158 страницы текста, иллюстрированного 70 рисунками.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, ее новизна и практическая значимость, определена цель работы, представлены основные результаты, полученные в ходе работы и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. В этой главе на основе данных опубликованных в литературе

рассматриваются основные свойства микроструктурных волокон (пропускание, дисперсия, потери), теоретические модели их расчета, особенности распространения излучения, основные отличия от волокон с распределенным показателем преломления, возможные нелинейные эффекты и их применения.

Во второй главе описана базовая технология изготовления микрострукгурного волокна из оптического и электровакуумного стекла (вытяжка из расплава, перетяжка, спекание), примеры ее реализации на конкретных моделях микроструктурных волокон, основные применения микроструктурных волокон в разных областях науки и техники.

Третья глава описывает экспериментальные результаты по исследованию оптических свойств микроструктурных волокон -пропускание в поперечном и продольных направлениях при различных условиях освещения и наблюдения, дифракционные явления.

Рис.1. Поперечное сечение волокна: диаметр малого шестигранника 9 мкм, период между

шестигранниками 8.5 мкм, диаметр отверстия 0.67 мкм, период отверстий 1.17 мкм.

Рис. 2. Спектр пропускания микроструктурного волокна при синей окраске волокна

Часть третьей главы занимает описание структур,

исследуемых в работе, их основные параметры (размер воздушных отверстий, период, диаметр и топология дефекта). В другой части рассматривается пропускание микроструктурных волокон при облучении их в поперечном направлении, а именно: влияние ориентации структуры, наклона, наличие среды, заполняющей структуру, на спектры пропускания. Кроме того, представлена зависимость спектров пропускания от шестигранной симметрии структуры.

Здесь же рассматриваются дифракционные явления, возникающие при облучении структур различными источниками излучения, и их сравнение с теоретически разработанной моделью. Предлагается метод контроля размеров дефекта по дифракционной картине микроструктурного волокна

В этой главе также представлены результаты по изучению пропускания различных типов микроструктурных волокон при продольном распространении излучения и показан эффект фильтрации излучения.

Показано влияние топологии и размеров микроструктурных волокон на потери. Полученные результаты сравниваются с характеристиками кварцевых микроструктурных волокон, изготовленных ведущими фирмами, производящими аналогичные волокна, потери в которых составляют 0.2 - 0.4 дВ/м (Blaze Photonics, Hamamatsu, A/S Crystal Fiber). Для волокна из оптического стекла, исследуемого в этой работе, минимальная величина потерь составляет 0.19 дБ/м.

При исследовании поляризационных свойств показано сохранение направления поляризации микроструктурными волокнами, выполненными на базе оптического стекла.

В четвертой главе описаны экспериментальные результаты исследования нелинейных свойств микроструктурных волокон -генерация суперконтинуума Подробно описана схема и техника получения генерации суперконтинуума в стеклянном микроструктурном волокне.

Спектр суперконтинуума получен в области от 180 нм до 1800 нм. Показано влияние поляризации излучения на спектр

Рис. 3. Поперечное сечение волокна: диаметр дефекта 1.41 мкм, диаметр отверстий, входящих в дефект 0.59 мкм, диаметр окружающих

отверстий 1.87 мкм, период структуры 3 мкм

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Дям »одни, км Длшн МИИЫ, им

Рис. 4. Спектр суперконтинуума, генерируемый в микроструктурном волокне, суперконтинуума, и влияние окраски волокна при генерации суперконтинуума на его спектр. Кроме того, приведены основные применения генерации суперконтинуума.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы

Основные результаты работы

• Микроструктурное волокно является новым перспективным материалом, с множеством возможных применений в различных областях науки, техники (капиллярная рентгеновская оптика, микромеханика, биология, медицина). Задавая параметры волокна в поперечном сечении такие как, периоды структуры, диаметр отверстий, размер дефекта, прозрачность структуры можно получать волокно с различными оптическими характеристиками;

• Отработана технология изготовления микроструктурных волокон: с центральным стеклянным дефектом, с центральным воздушным дефектом, с металлическими дефектами. Для каждого типа микроструктурного волокна рассчитаны параметры процессов изготовления;

• Установлено соответствие между окрасом микроструктурного Волокна в отражённом свете с йаличием запрещенных зон в видимом диайазойе спектра, т.е. при окраске волокна в красный цвет означает наличие запрещенйой зоны в красной области, прй зеленой окраске - запрещенная зона находится в зеленой области cnefctpa.

• При определенных топологиях микроструктурные волокйа, ойй могут работать как узкополосные фильтры, как в продольном, так и поперечном направлении;

• При теоретйческом расчете пропускания волокна в поперечном направление, получено наличие узких запрещенных зон в видимом и ИК диапазонах для Е-поляризации, в ИК диапазоне для Н-поляризации;

• При исследовании дифракции лазерного пучка на микроструктурном волокне установлено соответствие используемой модели экспериментально полученным результатам;

• Дифракционный метод определения размера центрального дефекта может быть использован для контроля и управления размером дефекта в процессе Вытяжки микроструктурного волокна. При этом размер дефекта может быть определен с погрешностью не более 10%;

• Исследованы картины локализации излучения на выходе мйкроструктурного волокна различных топологий. Установлено, что в дефекте малого размера, окруженного более мелкими, чем основная матрица, отверстиями, потери имеют величину 0.19 дБ/м сравнимую или даже меньшую, чем в микроструктурном волЬкне изготовленных из чистого кварца (0.2-0.4 дБ/м, для микроструктурных волокон, изготовленных фирмами Crystal Fiber

и Blaze Photonics). Микроструктурное волокно с малыми потерями является весьма перспективным материалом для применения его в телекоммуникаций;

• Впервые на отечественных образцах микроструктурного волокна, благодаря выбранной топологии и марок стекол получен суперконтинуум с реальной шириной спектра не менее 1620 нм (от 180 нм до 1800 нм). Наиболее перспективным применением генерации суперконтинуума является оптическая когерентная томография, представляющая собой новый метод визуализации изображения и позволяющая в режиме реального времени получать изображение поперечного сечения материала или биологической ткани. Генерация суперконтинуума играет важную роль при создании широкополосных источников света. Кроме того, данное явление может быть использовано при компрессии импульсов, в лазерной спектроскопии, в телекоммуникации, при измерении дисперсии и во многих других областях.

Список литературы, опубликованный по теме диссертации

1. Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Diffraction and transmittance of two dimensional photonic crystal fiber//Proceedings SPIE.-2000.-Vol.4243.-PP.86-88.

2. Skibina Yu. S., Melnikov L. A., Sinichkin Yu. P., Romanova E. A., Elterman I. V., Kozina O. N., Benson Т. M., Sewell P., Nefedov I. S., Beloglazov V. I., Skibina N.B. 1-D and 2-D photonic crystal and multilayered fibers: manufactured, spectral properties and theory//OWTNM.-2000.-May.-Prague.-Czech Republic.-WS26-27.

3. Yu. S. Skibina, Fedotov А.В., Melnikov L.A., Beloglazov V.I. Tuning the photonic band gap of sub 500 nm - pitch holey fibers in the 930 -1030 nm range//Laser Physics.-2000.-Vol.l0.No.5.-PP.-723-726.

4. Скибина Ю.С., Мельников JI.A., Синичкин Ю.П. Дифракция лазерного пучка и пропускание двухмерной диэлектрической периодической структуры//Проблемы оптической физики.-

Саратов2001 .-с.20-24.

5. Skibina Yu. S., Fedotov A.B., Melnikov L.A.. Beloglazov V.I. Holey fibers with 0.4-32-mkm Lattice Constant photonic band gap cladding: fabrication, characterization and nonlinear optical measurements//Laser Physics.-2001 .-Vol. 11 .No. 1 ,-PP .13 8-145.

6. Skibina Yu. S„ Fedotov A.B., Tarasishin A.V., Kirillov B.A., Magnitskii S. A., Zheltikov A.M., Ivanov A.A., Alfimov M.V., Beloglazov V.I., Tarasevitch A.P., von der Linde D., Melnikov L.A. Holey fibers with 0.4-32-micron-pitch photonic band-gap cladding: fabrication, characterization, and nonlinear optical applications//CLEO.-2001.-May.-Baltimore.-USA.-JtuB6.

7. Скибина Ю.С., Мельников Л.А., Синичкин Ю.П.. Пространственно-спектральные характеристики двухмерных фотонно - волоконных кристаллов//ПЖТФ.-2002.-Том28.вьш.7.-РР.24-30. (Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Spatial and Spectral Characteristics of Two-Dimensional Photon-Fiber Crystals//Technical Physics Letters.-2002.-Vol.28.No.4.-PP.272-274.)

8. Скибина Ю.С., Мельников Л. А., Синичкин Ю.П., Сорокин В. Ю. Спектральные характеристики двухмерных фотонных крисгаллов/ЛПроблемы оптической физики.-Саратов2002.-РР.15-20.

9. Skibina Yu., Melnikov L., Kochubei V., Beloglazov V., Mironychev A., Sinichkin Yu. Optical characteristics of 2D air-glass and metal glass photonic superlattice crystal//CLEO.-2002.-May.-LongBeach.-USA.-QTuM5.

10. Skibina Yu., Melnikov L., Kochubei V., Beloglazov V., Mironychev A., Sinichkin Yu., Tsoy V., Bekker E. Investigation of optical characteristics of 2D air-glass and metal glass photonic superlattice crystal//IQEC.-2002.-June.-Moscow.-P.307.

11. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Wedell R. Loss measurements in perfect-structure glass holey fibers//Proceedings SPIE.-2003 .-Vol. 5067.-PP. 190-193.

12. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. High-quality microstructure glass and glass fibers//CLEO.-2003.-May.-Baltimore.-USA.-CtuL7.

$ 17 35 *

13. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. Glass and metal-glass holey fibers with high quality hexagonal stmcture//CLEO.-2003.-Europe.-Munchen.-Germany.-CL2-3-THU.

Скибина Юлия Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСТРУКТРУКТУРНЫХ ВОЛОКОН

Подписано в печать 22.10.03. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 184.

Отпечатано в типографии Издательства Саратовского университета. 410012, Саратов, Астраханская, 83.

Автореферат

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Скибина, Юлия Сергеевна

Содержание

Введение

1 .Свойства фотонно - кристаллических волокон

1.1 .История создания фотонно-кристаллических волокон

1.2 .Общие свойства фотонно-кристаллических волокон

1.3.Метод локализованных базисных функций

1.4.Метод плоских волн '

1.5.Сравнение фотонно-кристаллического волокна с обычным волокном с распределенным показателем преломления 25 1 .б.Потери в микроструктурном волокне

1.7.Дисперсия в фотонно-кристаллическом волокне

1.8.Волноводный эффект при наличии фотонной запрещенной

1.9.Фотонно-кристаллическое волокно с гексагональной структурированной оболочкой

1.10.Локализация света дефектом с малым показателем преломления 42 1.11 .Нелинейные процессы в фотонно-кристаллическом волокне

1.12.Выводы

2.Технология изготовления фотонно-кристаллического волокна

2.1.Понятие микроструктурного волокна и его основные применения

2.2.Технология производства микроструюурного волокна

2.3.Технология изготовления фотонно-кристаллических волокон

2.4. Выводы 70 3.Экспериментальное исследование оптических свойств микроструктурных волокон

3.1 .Параметры исследуемых образцов

3.2.Экспериментальное измерение спектров пропускания микроструктурных волокон

3.2.1.Экспериментальные установки и методы измерения

3.2.2.Спектры пропускания микроструктурного волокна при облучении его в поперечном сечении

3.2.3.Спектры пропускания микроструктурного волокна при наклонном падении света относительно поперечного сечения структуры

3.2.4. Угловое распределение выходящего из микроструктурного волокна излучения

3.2.5.Влияние сред, заполняющих воздушные полости, на пропускание микроструктурного волокна

3.2.6. Влияние на спектры пропускания симметрии структуры микроструктурного волокна

3.3.Теоретическая модель расчета фотонного кристалла

3.3.1. Пропускание света и отражение Брэгга

3.3.2. Примеры расчета спектров пропускания

3.4.Дифракционные свойства микроструктурного волокна 3.4.1 .Экспериментальные установки для наблюдения дифракционных явлений в микроструктурных волокнах 3.4.2.Диаграммы направленности дифрагированного поля в микроструктурном волокне

3.4.3.Определение размера дефекта микроструктурного волокна по дифракционной картине 3.5. Потери и поляризационные свойства в микроструктурном волокне 3.6. Выводы

4. Исследование нелинейных свойств микроструктурных волокон

4.1. Экспериментальная установка и метод получения генерации суперконтинуума

4.2. Генерация суперконтинуума в стеклянном микроструктурном волокне

4.3. Спектр бокового свечения микроструктурного волокна при генерации суперконтинуума

4.4. Выводы ' 141 Заключение " 143 Список литературы '

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование оптических свойств стеклянных микроструктурных волокон"

Чтобы использовать уникальные возможности оптики для обработки информации, необходимо разработать подходящие технологии создания устройств генерации, детектирования оптических сигналов, выполненных из оптических элементов на базе нового класса оптических материалов, например материалов с периодической структурой, которые в настоящее время принято называть фотонными кристаллами.

Для понимания процессов в фотонном кристалле его можно сравнить с кристаллом полупроводника, а распространение фотонов с движением носителей заряда - электронов и дырок. В идеальном кремнии атомы расположены в алмазоподобной кристаллической структуре, и, согласно зонной теории, электроны, распространяясь по кристаллу, взаимодействуют с периодическим потенциалом поля атомных ядер. Это является причиной \ появления разрешенных и запрещенных энергетических зон - квантовой механикой запрещается существование электронов с энергиями, соответствующими энергетическому диапазону, называемому запрещенной зоной. В реальных полупроводниках периодичность решетки может быть нарушена дислокациями, включениями междоузельных атомов примеси, и, соответственно, электроны могут иметь энергию в пределах промежутка зоны.

Аналогично обычным кристаллам, фотонные кристаллы содержат высокосимметричную структуру элементарных ячеек, причем, если структура обычного кристалла определена положениями атомов в решетке, то структура фотонного кристалла состоит из периодической пространственной модуляции диэлектрической постоянной среды, масштаб которой сопоставим с длиной волны зондирующего излучения. Периодичность модуляции диэлектрической постоянной можно создавать в одной, двух, или трех пространственных координатах, формируя одно-, двух-и трехмерные фотонные кристаллы.

В последнее время фотонно-кристаллические и микроструктурные волокна привлекают все большее внимание в связи с их уникальными свойствами [19, 33, 37]. Как правило, эти волокна включают периодическую структуру воздушных пустот в пределах кварцевой сердцевины, причем в центре могут находиться точечные, линейные, полые дефекты (нарушение периодичности), которые играют роль оптических волноводов.

Такие микроструктурные волокна изготавливаются по классической волоконной технологии, методом перетягивания в подобии исходной заготовки или пакета, например, гексагонально уложенных стеклянных или кварцевых капилляров с дефектом в виде пропущенного капилляра или капилляров, или дополнительного отверстия большего диаметра. Оказалось, что направляющие свойства определяются в основном периодической структурой диэлектрика вблизи дефекта, т.е. зависят от выбора диаметра отверстий их геометрии и расположения[37].

Микроструктурные волокна сохраняют одномодовый характер распространения с минимальными потерями в широкой области спектра, обладают нулевой дисперсией групповых скоростей вплоть до 650 нм [36] (для примера, обычные кварцевые волокна не могут иметь нулевую дисперсию ниже длины волны 1.28 мкм).

Эти волокна менее чувствительны к изгибам и к кручению. Возможность создания волокон с аномальной дисперсией групповых скоростей в ближнем ИК диапазоне обеспечивает перспективы для создания солитонных линий связи [52] с длительностью отдельного импульса в фемтосекундном диапазоне, поскольку именно в этом диапазоне спектра наиболее развита фемтосекундная лазерная техника.

В настоящее время разрабатываются технологии создания промышленного изготовления таких волокон. Актуальность поставленной и решаемой в настоящей диссертации задачи во многом обусловлена современной тенденцией перехода элементной базы обработки информации с электронов на квазичастицы - фотоны, фононы, магноны, т.е. частицы, не имеющие массы покоя.

Целью данной работы является экспериментальное исследование линейных (пропускание, дифракционные явления, потери) и нелинейных (генерация суперконтинуума) свойств, разработанных микроструктурных волокон.

В рамках работы решались следующие задачи: разработка структуры экспериментальных образцов волокон, обладающих определенными оптическими свойствами; разработка методики измерения спектров пропускания стеклянных микроструктурных волокон в поперечном направлении; разработка метода и экспериментальной установки для исследования дифракционных картин от образцов, при облучении их лазерным излучением; исследование пропускания стеклянных микроструктурных волокон в продольном направлении, измерение уровня оптических потерь в таких волокнах; разработка методики получения генерации суперконтинуума в стеклянных микроструктурных волокнах.

Научная новизна работы

1. Для исследования оптических характеристик микроструктурных волокон разработаны и изготовлены более 10 типов стеклянных микроструктурных волокон, в которых излучение распространяется с потерями от 0.19 дБ/м, что соответствует уровню потерь в кварцевом волокне (0.2-0.45 дБ/м);

2. Впервые разработан метод измерения спектров пропускания микроструктурного волокна в поперечном направлении. Используя, новый подход к получению спектров установлено соответствие между окраской структур, размерами отверстий микроструктурного волокна.

3. Исследованы пространственно-спектральные зависимости в спектрах пропускания микроструктурных волокон, а именно, влияние наклона структуры, заполнения воздушных полостей структур, разными жидкостями, влияние внутренней симметрии микроструктурного волокна на спектры пропускания.

4. Используя разработанную программу, основанную на методе плоских волн, получены спектры пропускания реального образца микроструктурного волокна, в котором обнаружено наличие узких запрещенных зон.

5. Разработан метод определения размеров дефекта (нарушение периодичности) по дифракционным картинами, полученным от образца микроструктурного волокна.

6. Получен нелинейный оптический эффект - генерация суперконтинуума в диапазоне от 180 нм - до 1800 нм на стеклянном микроструктурном волокне.

7. Впервые обнаружен эффект периодичности окраски волокна в поперечной плоскости, при распространении сверхкоротких импульсов вдоль оси волокна.

Полученные в данной работе результаты использовались при выполнении работ по гранту Министерства науки и образования ФРГ 13№8384.

Практическая значимость результатов

1. Разработаны экспериментальные образцы микроструктурных волокон и технологии их изготовления;

4. Разработан метод определения размеров «дефектов» по дифракционным картинам с погрешностью не более 10%;

5. Разработаны экспериментальные образцы микроструктурных волокон, для которых потери составляют 0.19 дБ/м, что не превышает потерь для микроструктурных волокон, изготовленных из кварца;

6. Разработана методика получения генерации суперконтинуума в стеклянном микроструктурном волокне;

7. Получена генерация суперконтинуума (180 нм -1800 нм) на базе стеклянного микроструктурного волокна, позволяющая создать эффективные сверхширокополосные источники и преобразователи света.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных методов измерений, обработки и анализа экспериментальных данных. Достоверность подтверждается согласием полученных результатов и сделанных в работе выводов с результатами, опубликованными другими авторами. Все оригинальные результаты воспроизводятся при повторении экспериментов.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

2. Исследованы спектры пропускания микроструктурных волокон при перпендикулярном падении света на образцы, показана возможность использования дифракционного метода для контроля размеров центрального дефекта с погрешностью не более 10%. Установлено, что при уменьшении диаметра капилляров и размеров дефекта мкм микроструктурное волокно приобретает определенную окраску (для диаметров отверстий 0.4 мкм - волокно зеленого цвета, для диаметра 0.6 мкм - красное).

3. На стеклянном микроструктурном волокне получен нелинейный эффект -генерация суперконтинуума в диапазоне от 180 нм до 1800 нм (с нижней границей, сдвинутой в область вакуумного ультрафиолета), при этом генерация суперконтинуума наблюдалась на волокнах длиной от 0.2 м до 2.5 м.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях:

• Saratov Fall Meeting'99: Optical technologies in Biophysics and Medicine, Saratov, Russia, October 5-8,1999

• International Workshop on Optical Waveguige Theory and numerical modeling, Prague, Czech Republic, 26-27 May, 2000.

• Saratov Fall Meeting 2000, Saratov, Russia, October 3-6,2000

• CLEO 2001, Baltimore, California, USA 6-11 May

• Saratov Fall Meeting 2001, Saratov, Russia , October 2-5,2001.

• CLEO 2002, Long Beach, California, USA, 19-24 May

• Saratov International Workshop on Biophotonics - SIWB-02, Saratov, Russia, June 19-21, 2002

• IQEC 2002, Moscow, June 22-27

• Saratov Fall Meeting 2002, Saratov, Russia, October 1-4,2002

• Conference on Lasers and Electrooptics, USA, 2003 i

• Conference on Lasers and Electrooptics-Europe, Munchen, Germany, 2003

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 работ (3 статьи в рецензируемых журналах, 4 статьи в международных научных сборниках, 6 статей в сборниках тезисов докладов конференций): $

1. Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Diffraction and transmittance of two dimensional photonic crystal fiber//Proceedings SPIE.-2000.-Vol.4243 PP.86-88.

3. Yu. S. Skibina, Fedotov A.B., Melnikov L.A., Beloglazov V.I. Tuning the photonic band gap of sub 500 nm - pitch holey fibers in the 930 - 1030 nm range//Laser Physics.-2000.-Vol. 10.No.5.-PP.-723-726.

4. Скибина Ю.С., Мельников JI. А., Синичкин Ю.П. Дифракция лазерного пучка и пропускание двухмерной диэлектрической периодической структуры/ЯТроблемы оптической физики.-Саратов2001.-с.20-24.

5. Skibina Yu. S., Fedotov A.B., Melnikov L.A., Beloglazov V.I. Holey fibers with 0.4-32-mkm Lattice Constant photonic band gap cladding: fabrication, characterization and nonlinear optical measurements//Laser Physics.-2001.-Vol.ll.No.l.-PP.138-145.

6. Skibina Yu. S., Fedotov A.B., Tarasishin A.V., Kirillov B.A., Magnitskii S. A., Zheltikov A.M., Ivanov A.A., Alfimov M.V., Beloglazov V.I., Tarasevitch A.P., von der Linde D., Melnikov L.A. Holey fibers with 0.4-32-micron-pitch photonic band-gap cladding: fabrication, characterization, and nonlinear optical applications//CLEO.-2001.-May.-Baltimore.-USA.-JtuB6.

7. Скибина Ю.С., Мельников JI.A., Синичкин Ю.П., Пространственно-спектральные характеристики двухмерных фотонно - волоконных кристалл ов//ПЖТФ.-2002.-Том28 .вы п .7 .-РР.24-30. (Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Spatial and Spectral Characteristics of Two-Dimensional Photon-Fiber Crystals//Technical Physics Letters.-2002.-Vol.28.No.4.-PP.272-274.)

8. Скибина Ю.С., Мельников JI. А., Синичкин Ю.П., Сорокин В. Ю. Спектральные характеристики двухмерных фотонных кристаллов//Проблемы оптической физики.-Саратов2002.-РР.15-20.

10.Skibina Yu., Melnikov L., Kochubei V., Beloglazov V., Mironychev A., Sinichkin Yu., Tsoy V., Bekker E. Investigation of optical characteristics of 2D air-glass and metal glass photonic superlattice cry staMQEC.-2002.-June.-Moscow.-P.307.

11.Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Wedell R. Loss measurements in perfect-structure glass holey fibers//Proceedings SPIE.-2003.-Vol.5067.-PP. 190-193.

12.Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. High-quality microstructure glass and metal-glass fibers//CLEO.-2003.-May.-Baltimore.-USA.-CtuL7.

13.Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. Glass and metal-glass holey fibers with high quality hexagonal structure//CLEO.-2003.-Europe.-Munchen.-Germany.-CL2-3-THU.

Личный вклад автора

Личный вклад автора состоит в разработке конструкций микроструктурных волокон и технологий их изготовления, постановке и проведении экспериментов, модернизации экспериментальных установок, обработке и интерпретации результатов при изучении их свойств. Постановка исследовательских задач осуществлялась профессором, д.ф.-м.н. Мельниковым Л.А. (СГУ) и к.ф.-м.н. Синичкиным. Ю.П. (СГУ). Исследование нелинейных свойства микроструюурных волокон и обсуждение результатов выполнялись при участии д.ф.-м.н. Желтикова А.М, Dr. P. Glas и D. Fischer (Max-Born Institute, Berlin, Germany), Dr. A. Bjeumikhov и Prof. N. Langhoff (IFG, Berlin, Germany), Dr. R.Wedell (IAP, Berlin, Germany).

Структура и объем работы

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

4.4. Выводы

Впервые на отечественных образцах микроструктурного волокна, благодаря выбранной топологии и марок стекол получен суперконтинуум с реальной шириной спектра не меньше 1620 нм (от 180 нм до 1800 нм). ч s

Наиболее перспективным применением генерации суперконтинуума является оптическая когерентная томография (ОКТ). ОКТ -это новый метод визуализации изображения, что является оптической аналогией ультразвуковой томографии, и позволяет в режиме реального времени получать изображение поперечного сечения материала или биологической ткани. ;

Генерация суперконтинуума играет важную роль при создании широкополосных источников света для различных целей.

Кроме того, данное явление может быть использовано при компрессии импульсов, в лазерной спектроскопии, в телекоммуникации, при измерении дисперсии, в сенсорной методике и во многих других областях.

Заключение

В заключение перечислим основные результаты исследований, выполненных в рамках диссертационной работы:

• Установлено соответствие между окрасом микроструктурного волокна в отраженном свете с наличием запрещенных зон в видимом диапазоне спектра, т.е. при окраске волокна в красный цвет означает наличие запрещенной зоны в красной области (0.62 мкм - 0.76 мкм), при зеленой окраске - запрещенная зона находится в зеленой области спектра (0.51 мкм - 0.55 мкм).

• При определенных топологиях микроструктурные волокна, они могут работать как узкополосные фильтры, как в продольном, так и поперечном направлении. Такие структуры могут быть как спектрально-селективными, так и широкополосными;

• При теоретическом расчете пропускания волокна в поперечном направление, получено наличие узких запрещенных зон в видимом и ИК диапазонах для Е-поляризации, в ИК диапазоне для Н-поляризации;

144 ' ;

При исследовании дифракции лазерного пучка на микроструктурном волокне установлено соответствие используемой модели экспериментально полученным результатам;

Дифракционный метод определения размера центрального дефекта может быть использован для контроля и управления размером дефекта в процессе вытяжки микроструктурного волокна. При этом размер дефекта может быть определен с погрешностью не более 10%; Исследованы картины локализации излучения на выходе микроструктурного волокна различных топологий. Установлено, что в дефекте малого размера, окруженного более мелкими, чем основная матрица, отверстиями, потери имеют величину 0.19 дБ/м сравнимую или даже меньшую, чем в микроструктурном волокне изготовленных из чистого кварца (0.2-0.4 дБ/м, для микроструктурных волокон, изготовленных фирмами Crystal Fiber и Blaze Photonics). Такое волокно менее чувствительно к изгибам и кручению. Микрострукгурное волокно с малыми потерями является весьма перспективным материалом для применения его в телекоммуникаций; .

Впервые на отечественных образцах микроструктурного волокна, благодаря выбранной топологии и марок стекол получен суперконтинуум с реальной шириной спектра не менее 1620 нм (от 180 нм до 1800 нм). Наиболее перспективным применением генерации суперконтинуума является оптическая когерентная томография. Наиболее перспективным применением генерации суперконтинуума является оптическая когерентная томография (ОКТ). ОКТ-это новый метод визуализации изображения, что является оптической аналогией ультразвуковой томографии, и позволяет в режиме реального времени получать изображение поперечного сечения материала или биологической ткани. Генерация суперконтинуума играет важную роль при создании широкополосных источников света для различных целей.

Кроме того, данное явление может быть использовано при компрессии импульсов, в лазерной спектроскопии, в телекоммуникации, при измерении дисперсии, для разделения длин волн мультиплексных систем связи, в точной частотной метрологии и во многих других областях.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Скибина, Юлия Сергеевна, Саратов

1. Желтнков А. М. Дырчатые волноводы//Успехи физических наук.-2000.-Т.170.№11.-С.1203-1215.

2. Knight J. С., Birks Т. A., Russell P. St. J., Atkin D. M. All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding//Opt.Lett.-l 996.-Vol.21.-PP. 1547-1549.

3. Birks T. A., Knight J. C., Russell P. St. J. Endlessly single-mode photonic crystal fiber//Opt.Lett.-1997.-Vol.22.-PP.961-963.

4. Broderick N. G. R., Monro Т. M., Bennett PP. J., Richardson D. J. Nonlinearity in holey optical fibers: measurement and future opportunities//Opt.Lett.-1999.-Vol. 24.-PP.1395-1397.

5. Bennett P. J., Monro T. A., Richardson D. J. Toward practical holey fiber technology: fabrication, splicing, modeling, and characterization//Opt.Lett.-1999.-Vol.24.-PP. 1203-1205.

6. Gander M. J., McBride R., Jones J. D. C., Mogilevtsev D., Birks T. A., Knight J. C., Russell P. St. J. Experimental measurement of group velocity dispersion in photonic crystal fiber//Electron.Lett.-1999.-Vol.35.-PP.63-64.

7. Gander M. J., McBride R., Jones J. D. C., Birks T. A., Knight J. C., Russell P. St. J. Measurement of the wavelength dependence of beam divergence for photonic crystal fiber//Opt.Lett.-1999.-Vol.24.-PP. 1017-1019.

8. Cregan R.F., Mangan B.J., Birks T. A., Knight J. C., Russell P. St. J., Roberts P. J., Allan D.C. Single-mode photonic band gap guidance of light in air//Science.-1999.-Vol.285.-PP.l 537-1539.

9. Broeng J., Barkou S. E., Bjarklev A., Knight J. C., Birks T. A., Russell P.St.J. Highly- increased photonic band gaps in silica/air structures//Opt.Commun.-1998.-Vol.l56.-PP.240-244.

10. Meade R. D., Rappe A. M., Brommer K. D., Joannopoulos J. D., Alerhand O. L. Accurate theoretical analysis of photonic band-gap materials//Phys.Rev.B.-1993 .-Vol.48.-PP.8434-8437.

11. Leung К. M. Defect modes in photonic band structures: A Green's function approach using vector wannier functions//J.C>pt.Soc.Am.B.-1993.-Vol.l0.-PP.303-306.

12. Pendry J. B. Photonic band structures//J.ModernOpt.-l 994.-Vol.41.-PP.209-229.

13. McGurn R.A. Green's-function theory for row and periodic defect arrays in photonic band gap structures//Phys.Rev.B.-1996.-Vol.53.-PP.7059-7066.

14. Maloney J. G., Kesler M. P., Shirley B. L., Smith G. S. A simple description for waveguiding in photonic band gap materials//MicrowaveOpt.Technol.Lett.-1997.-Vol.l4.-PP.261-266.

15. Broeng J., Mogilevstev D., Barkou S. E., Bjarklev A. Photonic crystal fibers: a new class of optical waveguides//OpticalFiberTechnology.-1999.-Vol.5.-P.305-330.

16. Snyder W. A., Love J. D. Optical Waveguide Theory/Chapman and Hall.-London.-1983.-PP.595-606.

17. Knight J. C., Birks T. A., Russell P. St. J., Sandro J. P., Properties of photonic crystal fiber and the effective index model//J.Opt.Soc.Am.A.-1998.-Vol.l5.-PP.748-752.

18. Yablonovitch E. Photonic band gap stnictures//JOSA B.-1993.-VoI.10.-PP.283-295.

19. Fan S., Villeneuve P. R., Meade R. D., Joannopoulos J. D. Design of three-dimensional photonic crystals at submicron lengthscales//Appl.Phys.Lett.-1994.-Vol.65.-PP. 1466-1471.

20. Yamamoto N., Noda S., Sasaki A. New realization method for three-dimensional photonic crystal in the optical wavelength region: Experimental consideration//JapaneseJ. Appl.Phys. 1 .-1997.-Vol.36.-PP. 1907-1911.

21. Zhang J. P., Chu D. Y., Wu S. L., Bi W. G., Tiberio R. C„ Joseph R. M., Taflove A., Tu C. W., Ho S. T. Nanofabrication of 1-d photonic band gap structures along a photonic wire//IEEEPhoton.Technol.Lett.-1996.-Vol.8.-PP.491-499.

22. Baba Т., Matsuzaki T. Theoretical calculation of photonic gap in semiconductor 2-dimensional photonic crystals with various shapes of optical atoms//Japanese J. Appl .Phys. 11995.-Vol .34 .-PP.4496-4501.

23. Labilloy D., Benisty H., Weisbuch C., Krauss T. F., Houdre R., Oesterle U. Use of guided spontaneous emission of a semiconductor to probe the optical properties of two-dimensional photonic crystals//Appl.Phys.Lett.-1997-Vol.71.-PP.738-744.

24. Birks T. A., Roberts P. J., Russell P. St. J., Atkin D. M., Shepherd T. J. Full 2-d photonic band gaps in silica /air structures//Electron.Lett.-1995.-Vol.31.-PP.1941-1942.

25. Feng X. P., Arakawa Y. Off-plane angle dependence of photonic band gap in a two-dimensional photonic crystaWIEEEJ.QuantumElectron.-l 996.-Vol.32.-PP.535-538.

26. McGurn R.A., Maradudin A.A. Out of plane propagation of electromagnetic waves in a two-dimensional periodic dielectric medium//J.ModernOpt.-1994.-Vol.41.-PP.275-279.

27. Cassagne D., Jouanin C., Bertho D. Optical properties of two-dimensional photonic crystals with graphite structure//Appl.Phys.Lett.-1997.-Vol.70.-PP.289-294.

28. Cassagne D., Barra A., Jouanin C. Existence of two-dimensional absolute photonic band gaps in the visible//Appl.Phys.Lett.-1998-Vol.72.-PP.627-631.

29. JoaiinopouIos J.D., Mead R.D., Winn J.D. Photonic crystals. Molding of Flow of Light./PrincetonUniv.Press.-1995.

30. Chen J. C., Mekis A., Kurland I., Fan S., Villeneuve P. R., Joannopoulos J. D. High transmission through sharp bends in photonic crystal waveguides//Phys.Rev.Lett.-l 996.-Vol.77.-PP.3787-3791.

31. Ziolkowski R.W., Tanaka M., Finite-difference time-domain modeling of dispersive-material photonic bandgap structures//J.OPT.SOC.AM A.-1999.-Vol. 16.N4.-PP.930-940.

32. Ranka J. K., Windeler R. S., Stentz A. J. Optical properties of high-delta air-silica microstructure optical fibers//Opt.Lett.-2000.-Vol.25.-PP.796-798.

33. Ranka J. K., Windeler R. S., Stentz A. J. Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm//Opt.Lett.-2000.-Vol.25.-PP.25-27.

34. Bellini M., Hansch T. W. Phase-locked white-light continuum pulses: toward a universal optical frequency-comb synthesizer//Opt.Lett.-2000.-Vol.25.-PP.1049-1051.

35. Birks T. A., Wadsworth W. J., Russell P. St. J. Supercontinuum generation in tapered fibers//Opt.Lett.-2000.-Vol.25.-PP.1415-1417.

36. Coen S., Chau A. H. L., Leonhardt R., Harvey J. D., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P. St. J. White-light supercontinuum generation with 60-ps pump pulses in a photonic crystal fiber//Opt.Lett.-2001.-Vol.26.-PP.l356-1358.

37. Holzvvarth R., Zimmermann M., Udem Th., Hansch T. W., Russbuldt P., Gabel K., Poprawe R., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P. St. J. White-light frequency comb generation with a diode-pumped Cr:LiSAF laser//Opt.Lett.-2001.-Vol.26.-PP. 1376-1378.

38. Husakou V. A., Herrmann J. Supercontinuum generation of higher-order solitons by fission in photonic crystal fibers//Phys.Rev.Lett.-2001.-Vol.87.-PP.203901-1-203901-4.

39. Gaeta L. A. Nonlinear propagation and continuum generation in microstructured optical fibers//Opt.Lett.-2002.-Vol.27.-PP.924-926.

40. Li X. D., Hartl I., Chudoba C., Ghanta R. К., Ко Т. H., Fujimoto J. G., Ranka J. K., Windeler R. S. Ultrahigh-resolution optical coherence tomography using continuum generation in an air-silica microstructure fiber//Opt.Lett.-2001.-Vol.26.-PP.608-610.

41. Holzwarth R., Udem Th., Hansch T. W., Knight J. C„ Wadsworth W. J., Russell P.St. J. Optical frequency synthesizer for precision spectroscopy//Phys.Rev.Lett.-2000.-85.-PP.2264-2266.

42. Reichert J., Niering M., Holzwarth R., Weitz M., Udem Th., Hansch T. W. Phase coherent vacuum-ultraviolet to radio frequency comparison with a mode-locked laser//Phys.Rev.Lett.-2000.-Vol.84.-PP.3232-3235.

43. Udem Th., Reichert J., Holzwarth R., Hansch T. W. Accurate measurement of large optical frequency differences with a mode-locked laser//Opt.Lett.-1999.-Vol.24 .-PP.881-883.

44. Udem Th., Reichert J., Holzwarth R., Hansch T. W. Absolute optical frequency measurement of the cesium D1 line with a mode-locked laser//Phys.Rev.Lett.-1999.-Vol.82.-PP.3568-3571.

45. Petropoulos P., Monro Т. M., Belardi W., Furusawa K., Lee J. H., Richardson D. J. 2D-regenerative all-optical switch based on a highly nonlinear holey fiber//Opt.Lett.-2001.-Vol.26.-PP.1233-1235.

46. Wadsworth W. J., Knight J. C., Ortigosa-Blanch A., Arriaga J., Silvestre E., Russell P. St. J. Soliton effects in photonic crystal fibres at 850 nm//Electron.Lett.-2000.-Vol.36.-PP.53-55.

47. Fiorentino M., Shaфing J. E., Kumar P., Porzio A., Windeler R. S. Soliton squeezing in microstructure fiber//C)pt.Lett.-2002.-Vol.27.-PP.649-651.

48. Fiorentino M., Sharping J. E., Kumar P., Porzio A., Amplitude squeezing in a Mach-Zehnder interferometer: numerical analysis of experiments with microstructure fiber//Opt.Exp.-2002.-Vol.l0.-PP.128-138.

49. Sharping J. E!', Fiorentino M., Kumar P., Windeler R. S. All-optical switching based on cross-phase modulation in microstructure fiber // ШЕЕ Photon.Technol.Lett.-2002.-Vol.l4.-PP.77-79.

50. Liu X., Xu C., Knox W. H., Chandalia J. K., Eggleton B. J., Kosinski S. G., Windeler R. S. Soliton self-frequency shift in a short tapered air-silica microstructure fiber//C)pt.Lett.-2001 .-Vol.26.-PP.358-360.

51. Yusoff Z., Lee J. H., Belardi W., Monro Т. M., Teh P. C., Richardson D. J. Raman effects in a highly nonlinear holey fiber: amplification and modulation//Opt.Lett.-2002.-Vol.27.-PP.424-426.

52. Lee J. H., Yusoff Z., Belardi W., Ibsen M., Monro Т. M., Richardson D. J. Investigation of Brillouin effects in small-core holey optical fiber: lasing and scattering//Opt.Lett.-2002.-Vol.27.-PP.927-929.

53. Brackett C. A. Dence wavelength division multiplexing networks: Principles and applications//IEEE J.Sel.AreasCommun.-1990.-Vol.8.N.6.-PP.948-964.

54. Такага H. More than 1000 channel optical frequency chain generation from single supercontinuum source with 12.5 GHz channel spacing//Electron.Lett.-2000.-Vol.36.N.25.-PP.2089-2090.

55. Mori K., Morioka Т., Saruwatari M. Ultrawide spectral range group velocity dispersion measurement utilizing supercontinuum in an optical fiber pumped by a 1.5 цт compact laser source//IEEE Trans.Instrum.Meas.-l 995.-Vol.44 .-PP.712715.

56. Cundiff S. Т., Ye J., Hall J. L. Optical frequency synthesis based on mode-locked lasers//Rev.Sci.Instrum.-2001.-Vol.72.N.10.-PP.3749-3771.

57. Alfano R. R., Shapiro S. L. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glas//Phys.Rev.Lett.-1970.-Vol.24.N.ll.-PP.584-587.

58. Lee Smith W., Liu P., Bloembergen N. Superbroadening in H2O and D2O by self-focused picosecond pulses from a YAlG:Nd laser//Phys.Rev.A.-1977.-Vol.l5.N.6.-PP.2396-2403.

59. Fork R. L. et al. Femtosecond white-light continuum pulses//Opt.Lett.-1983.-Vol.8.N.l.-PP.l-3.

60. Nowak G. A., Kim 1, Islam M. N Stable supercontinuum generation in short lengths of conventional dispersion-shifted fiber//Appl.Opt-1999.-Vol.38.N.36.-PP.7364-7369.

61. Mori К., Takara H., Kawanishi S. Analysis and design of supercontinuum pulse generation in a single-mode optical fiber//J.Opt.Soc.Am.B.-2001.-Vol.l8.N.12.-PP. 1780-1792.

62. Маймистов A.M. Оптические солитоны//Соросовский Оразовательный журнал.-1999.-№11 .-РР.97-102.

63. Кудряшов Н.А. Нелинейные волны и солитоны// Соросовский Оразовательный журнал.-1997.-Ж2.-РР.85-91.

64. Lucek J. К., Blow К. J. Soliton self-frequency shift in telecommunications fiber//Phys.Rev.A.-1992.-Vol.45.N.9.-PP.6666-6674.

65. Datta S., Chan C.T., Ho K.M. Photonic band gap in periodic dielectric structures: the scalar wave approximation//Phys.Rev.B.-Vol.l7.-1992.-PP. 1065010656.

66. Stefanou N., Karathanos V., Modinos A. Scattering of electromagnetic waves by periodic structures//J.Phys.Condens.Matter.-1992.-Vol.4.-PP.7389-7394.

67. Modinos A., Stefanou N., Psarobas I.E. On wave propagation in inhomogeneous systems//PHYSICA B.-2001.-Vol.296.-PP.167-173.

68. Pendry J. В., MacKinnon A. Calculation of photon dispersion relations//Phys.Rev.Lett.-1992.-Vol.69.-PP.2772-2775.

69. Taflove A. Computational Electrodynamics: The Fine Difference Time-Domain methods//Artech House.-Boston.-1995.

70. Sakoda K. Optical transmittance of a two-dimensional triangular photonic lattice//Phys.Re v.B.-1995.-Vol.51 .-PP.4672-4675.

71. Sakoda K. Symmetry, degeneracy, and uncoupled modes in two-dimensional photonic lattices//Phys.Rev.B.-1995.-Vol.52.-PP.7982-7986.

72. Busch K., John S. Liquid-crystal photonic-band-gap materials: The tunable electromagnetic vacuum//Phys.Rev.Lett.-1999.-Vol.83.-PP.967-970.

73. Leung K.M., Liu Y. F. Full vector wave calculation of photonic band structures in face-centered-cubic dielectric media//Phys.Rev.Lett.-1990.-Vol.65.-PP.2646-2650.

74. Zhang Z., Satpathy S. Electromagnetic wave propagation in periodic structures: Bloch wave solution of Maxwell's equations//Phys.Rev.Lett.-1990.-Vol.65.-PP.2650-2661.

75. Villeneuve P. R., Piche M. Photonic bandgaps: What is the best numerical representation of periodic structures//J.Mod.Opt.-1994.-Vol.41.-PP.241-247.

76. Plihal M.} Maradudin A. A. Photonic band structure of two-dimensional systems: The triangular lattice//Phys.Rev.B.-1991.-Vol.44.-PP.8565-8571.

77. Villeneuve P. R., Piche M. Photonic band gaps in two-dimensional square lattices: Square and circular rods//Phys.Rev.B.-l 992.-Vol.46.-PP.4969-4972.

78. Meade R. D. Existence of a photonic band gap in two dimensions//Appl.Phys.Lett.-1992.-Vol.61.-PP.495-499.

79. Sakoda K., Ohtaka K., Ueta T. Low-threshold laser oscillation due to group-velocity anomaly peculiar to two- and three-dimensional photonic crystals//Opt.Express.-l 999.-Vol.4.-PP.481 -489.

80. Адаме M. Введение в теорию оптических волноводов/Пер. с английского-1984.-М.:Мир.

81. Снайдер А., Лав Д. Теория оптических волноводов/Пер. с английского-1987.-М.:Радио и связь.

82. Zheltikov A.M. Photonic crystals in nonlinear and ultrafast optics/ZProc.SPIE.-2001.-Vol.4706.-PP.2-15.

83. Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Diffraction and transmittance of two dimensional photonic crystal fiber//Proceedings SPIE.-2000.-Vol.4243.-PP.86-88.

84. Yu. S. Skibina, Fedotov A.B., Melnikov L.A., Beloglazov V.I. Tuning the photonic band gap of sub 500 nm pitch holey fibers in the 930 - 1030 nm range.//Laser Physics.-2000.-Vol.l0.No.5.-PP.-723-726.

85. Скибина Ю.С., Мельников Л.А., Синичкин Ю.П. Дифракция лазерного пучка и пропускание двухмерной диэлектрической периодической структуры//Проблемы оптической физики.-Саратов2001.-с.20-24.

86. Skibina Yu. S., Fedotov A.B., Melnikov L.A., Beloglazov V.I. Holey fibers with 0.4-32-mkm Lattice Constant photonic band gap cladding: fabrication, characterization and nonlinear optical measurements//Laser Physics.-2001.-Vol. 11 .No. 1 .-PP. 138-145.

87. Скибина Ю.С., Мельников JI.A., Синичкин Ю.П., Пространственно-спектральные характеристики двухмерных фотонно волоконных кристалпов//ПЖТФ.-2002.-Том28.вып.7.-РР.24-30.

88. Skibina Yu., Melnikov L., Kochubei V., Beloglazov V., Mironychev A., Sinichkin Yu., Tsoy V., Bekker E. Investigation of optical characteristics of 2D air-glass and metal glass photonic superlattice crystal//IQEC.-2002.-June.-Moscow.-P.307.

89. Skibina Yu., Melnikov L., Sinichkin Yu. Spatial and Spectral Characteristics of Two-Dimensional Photon-Fiber Crystals//Technical Physics Letters.-2002.-Vol.28.No.4.-PP.272-274.

90. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Wedell R. Loss measurements in perfect-structure glass holey fibers//Proceedings of SPIE.-2003.-Vol.5067.-PP. 190-193.

91. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. High-quality microstructure glass and metal-glass fibers//CLEO.-2003.-May.-Baltimore.-US A.-CtuL7.

92. Skibina Yu., Melnikov L., Glas P., Fischer D., Skibina N., Beloglazov V., Wedell R. Glass and metal-glass holey fibers with high quality hexagonal structure//CLEO.-2003.-Europe.-Munchen.-Germany.-CL2-3-THU.

93. Bjarklev A., Rusbede J., Barkou S.E., Broeng J. Photonic crystal fibres -novel fibers, new application//IEEE Proc.-2002.-lSBN0-7803-7375-8.-PP. 172-187.

94. Knight J. С., Broeng J., Birks T. A., Russell P. St. J. Photonic band gap guidance in optical fibers//Science.-l998.-Vol.282.-PP. 1476-1478.

95. Ravi Kanth Kumar V. V., George A. K., Reeves W. H., Knight J. C., Russell P. St. J. Extruded soft glass photonic crystal fiber for ultrabroad supercontinuum generation//Opt.Express.-2002.-Vol. 10.N.25.-PP. 1520-1525.

96. Lin H.-B., Tonucci R. J., Campillo A. J. Observation of two-dimensional photonic band behavior in the visible//Appl.Phys.Lett.-1996.-Vol.68.-PP.2927-2999.

97. Tonucci R. J., Rosenberg A., Bolden E. A. Photonic band-structure effects in the visible and near ultraviolet observed in solid-state dielectric arrays//Appl.Phys.Lett.-1996.-Vol.69.-PP.2638-2640.

98. Lin H.-B., Tonucci R.J., Campillo A.J. Two-dimensional photonic bandgap optical limiter in the visible//Opt.Lett.-1998.-Vol.23.-PP.94-96.

99. Scalora M., Dowling J.P., Bowden C.M., Bloemer M.J. Optical limiting and switching of ultrashort pulses in nonlinear photonic band gap materials//Phys.Rev.Lett.-1994.-Vol.73.-PP. 1368-1370.

100. Dowling J. P., Bowden С. M. Anomalous index of refraction in photonic band gap materials//J.Mod.Optics.-1994.-Vol.41 .-PP.345-349.

101. Tayeb G., Maystre D. Numerical evidence of ultrarefractive optics in photonic crystals//Opt.Commun.-l 999.-Vol. 161 .-PP. 171 -176.

102. Kosaka H., Kawashima Т., Tomita A., Notomi M., Tamamura Т., Sato Т., Kawakami S. Superprism phenomena in photonic crystals: Toward microscale lightwave circuits//J.Lightwave Technol.-l 999.-Vol. 17.-PP.2032-2038.

103. Eijkelenborg M. A., Canning J.,Ryan Т., Lyytikainen K. Bending- induced colourig in a photonic crystal fiber//Opt.Express.-2000.-vol.7.N.2.-PP.88-94.

104. Suzuki K., Kubota H., Kawanishi S., Tanaka M., Fujita M. Optical properties of a low-loss polarization-maintaining photonic crystal fiber//Opt.Express.-2001.-vol.9.N. 13.-PP.676-680.

105. Hasegawa Т., Sasaoka E., Onishi M., Nishimura M., Tsuji Y., Koshiba M. Hole-assisted lightguide fiber for large anomalous dispersion and low optical loss//Opt.Express.-2001.-vol.9.N.13.-PP.681-686.

106. Zhi W., Guobin R., Shuqin L., Shuisheng J. Loss properties due to Rayleigh scattering in different types of fiber//Opt.Express.-2003.-vol.11.N.1.-PP.39-47.

107. Dellemann G., Engeness T. D., Skorobogatiy M. Extend hollow-core fiber applications//Photonics Spectra.-June 2003.

108. Knight J.C., Russell P. St. J., Photonic Crystal Fibers: New Ways to Guide Light//Science.-2002.-Vol.296.-PP.276-279.

109. Kristiansen R. Photonic crystal fibers offer extraordinary performance, including tailorable dispersion, single-mode behavior over many wavelengths, and useful nonlinear properties//OEMagazine.-2002.-June.-PP.25-28.