Исследование поляризационных характеристик микроструктурных оптических волокон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт радиотехники и электроники

ЛРл

На правах рукописи УДК 535 542

РЯБКО МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОСТРУКТУРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ

ВОЛОКОН

01 04 21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель д ф -м н

ООЗ176443

v 11 ¡1 ¿.иц/

Москва - 2007

003176443

Работа выполнена в институте радиотехники и электроники

Научный руководитель Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, Никитов Сергей Аполлонович,

доктор физико-математических наук, Курков Андрей Семенович

доктор физико-математических наук, Листвин Владимир Николаевич

Ведущая организация ЗАО ЦНИТИ «Техномаш-ВОС»

Защита диссертации состоится «12» декабря 2007 года в 15 00 часов на заседании диссертационного совета Д212156 01 при Московском физико-техническом институте (Государственном университете), по адресу 141700, Московская область, г Долгопрудный, Институтский переулок, 9

Отзывы направлять по адресу 141700, Московская область, г Долгопрудный, Институтский пер , д 9, МФТИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института (Государственного университета)

Автореферат разослан « ^ » ноября 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Батурин А С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Тематика микроструктурных оптических волокон (MOB), или как их еще называют, дырчатых оптических волокон, является самой актуальной задачей в области волоконной оптики последнего времени Такой огромный интерес возникает как следствие уникальных свойств и возможностей таких оптических волокон - широкий одномодовый диапазон, уникальные дисперсионные характеристики и их сильная зависимость от геометрических параметров оптического волокна, большое значение нелинейного коэффициента обусловленного сильной локализацией поля моды, увеличенное (усиленное) двулучепреломление (ДЛП) по сравнению с обычным РМ (поддерживающим поляризацию) оптическим волокном Эти уникальные свойства находят широкое применение в телекоммуникациях, нелинейной оптике, метрологии, атомной и медицинской оптике

Несмотря на имеющиеся к настоящему времени результаты, постоянно появляется большое количество публикаций, что говорит о новых эффектах и результатах, которые содержит в себе данная тематика Улучшаются параметры микроструктурных оптических волокон - пассивные потери, потери на сварке со стандартным волокном, увеличение двулучепреломления Создаются новые структуры оболочки таких волокон, позволяющие улучшать нелинейное взаимодействие и получать нужные дисперсионные характеристики Появляются сообщения о создании дырчатых оптических волокон поддерживающих распространение высших мод, что актуально для создания активных оптических волокон Еще одно интересное свойство микроструктурного волокна - независимость потерь от радиуса изгиба вплоть до нескольких миллиметров

Но, к сожалению, изучекие и публикации работ по тематике микроструктурных оптических волокон строилось по принципу наиболее быстрого получения результата По этой причине, в частности, изучению поляризационных характеристик MOB уделялось очень незначительное количество исследований Как следствие, встречаются ошибочные заявления о том, что фазовое и групповое двулучепреломление в MOB практически совпадают, либо выводятся фазовые спектральные характеристики с использованием известных из литературы аппроксимаций для фазс""-~

двулучепреломления, что, как показано в данной диссертационной работе, не всегда корректно Наличие подобных, порой ошибочных заявлений, четко дает понять, что тематика поляризационных характеристик изучена недостаточно и требует тщательного исследования

Цель работы Целью настоящей диссертационной работы является детальное исследование поляризационных характеристик новых типов оптических волокон - MOB и поиск путей оптимизации параметров такого оптического волокна, для его перспективного использования в различных устройствах и волоконных элементах

Для достижения заявленной цели было необходимо

1 Теоретически исследовать поляризационные характеристики (фазовое и групповое двулучепреломление, поляризационно-зависимые потери) в различных типах микроструктурных оптических волокон Выявить зависимости поляризационных характеристик от различных параметров MOB Моделирование структуры с высокими значениями поляризационных характеристик на основе полученных результатов, а именно ДЛП в широком спектральном диапазоне выше 0,01 с дихроизмом более 40 дБ

2 Создать экспериментальную установку для исследования поляризационных характеристик оптических волокон, их температурной и механической стабильности и разработать прямой способ измерения фазового ДЛП

3 Исследовать стабильность поляризационных характеристик MOB при температурных и механических воздействиях и сравнить полученные результаты с известными зависимостями обычного оптического волокна

4 Проанализировать полученные результаты и дать предложения по использованию MOB с целью улучшения характеристик имеющихся волоконно-оптических устройств

Научная новизна

В работе экспериментально обнаружено существенное различие фазового и группового двулучепреломления в микроструктурном оптическом

волокне, а также отличие поляризационных характеристик MOB от характеристик обычных оптических волокон Показана некорректность нахождения спектральных фазовых характеристик в микроструктурном оптическом волокне, с использованием известных из литературы аппроксимаций фазового ДЛП Экспериментально подтверждена ожидаемая высокая температурная стабильность поляризационных характеристик микроструктурного оптического волокна Впервые предложена и промоделирована структура MOB со значением двулучепреломления Дп > О 01 и значением поляризационно-зависимых потерь ALoss > 45дБ на длине волокна 2 см

Научные результаты, выносимые на защиту

1 Установлено, что поляризационные характеристики MOB и обычного оптического волокна существенно отличаются как по величинам группового ДЛП и поляризационно-зависимых потерь, так и по характеру их спектральной зависимости

2 Теоретически и экспериментально показано существенное различие фазового и группового ДЛП в MOB, а так же сильное отличие фазовых характеристик обычных и микроструктурных волокон В частности обнаружено, что фазовое ДЛП в MOB может не только отличаться по модулю от группового ДЛП, в отличие от обычных оптических волокон, но также, отличаться и знаком

3 При проведении исследований стабильности поляризационных характеристик MOB и обычных РМ оптических волокон при температурном и механическом воздействии установлено, что температурная зависимость ДЛП в MOB на порядок слабее, чем для обычногг оптического волокна Также продемонстрировано, что стабильность поляризационных характеристик MOB при изгибе оказалась в несколько раз выше, чем у обычного волокна, и может быть существенно улучшена

4 При помощи теоретического моделирования показана возможность получения MOB с уникальными поляризационными характеристиками при использовании не симметричной структуры с четырьмя слоями воздушных каналов В частности, предложена

структура с четырьмя слоями только воздушных каналов, со значением ДЛП - 0,011 и величиной поляризационно-зависимых потерь на длине оптического волокна 2 см - 49дБ на длине волны 1,55 мкм

Практическая ценность

Обнаруженный факт существенного отличия спектральных фазовых и групповых характеристик двулучепреломления в MOB обязательно должен учитываться при создании приборов на основе таких оптических волокон, т к в спектральных устройствах и в линиях связи играет роль групповое двулучепреломление и связанная с ним поляризационная модовая дисперсия, а в таких волоконных элементах как, например, фазовые пластинки и ответвители, основное значение имеет фазовое двулучепреломление Обнаруженная температурная независимость поляризационных характеристик MOB очень важна при их использовании в прецизионных измерительных приборах, эксплуатирующихся в суровых климатических условиях Одним из вариантов такого применения может быть волоконно-оптический датчик тока Результаты теоретического исследования найдут применение, например, для изготовления волоконно-оптических поляризаторов, эффективных линий задержки, приборов на основе акустооптического взаимодействия, компенсаторов поляризационной модовой дисперсии и т д

Апробация работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях

1 6 международная научно-техническая конференция «Перспективные Технологиив Средствах передачи Информации» Владимир 2005 Ю В Гуляев, И В Лисенков, С А Никитов, М В Рябко, Ю К Чаморовский «Микроструктурные волокна в волоконно-оптических линиях связи»

2 International Conference "Micro- and nanoelectronics 2005" Zvenigorod 2005 Russia Microstructured Optical Fibers - New Tool For TelecommunicationsM Ryabko*, Yu Chamorovskn, I Lissenkov, S Nikitov

3 Всероссийская научная конференция "Методы и средства обработки информации", МГУ 2005 Ю В Гуляев, И В Лисенков.С А Никитов, М В Рябко, Ю К Чаморовский Микроструктурные волокна в волокно-оптических линиях связи

4 Всеросийская конференция иновационных проектов аспирантов и студентов по приорететному напрвлению «Индустрия наносистем и материалы», Зеленоград 2005

5 5-ая Международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика-2005", Зеленоград 2005 Гуляев Ю В , Лисенков И В , Никитов С А, Рябко М В , Чаморовский Ю К «Поляризационные свойства микроструктурных волокон»

6 X Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах» Звенигород, 2006 Рябко М В, Некрашевич Е С , Никитов С А «Поляризационная дисперсия микроструктурных волокон»

7 «Лазеры Измерения Информация -2006», Санкт-Петербург 2006, С К Моршнев, М А Рябко, Ю К Чаморовский «Измерение встроенного линейного двулучепреломления в волоконных световодах типа "spun"»

8 15-ая Международная Конференция «Высокие Технологии В Медицине, Биологии И Геоэкологии», Новороссийск 2007 Рябко М В , Чаморовский Ю К , Старостин Н И , Никитов С А «Экологически безопасный волоконно-оптический датчик тока»

9 Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь 2007, М В Рябко, Ю К Чаморовский, С А Никитов «Поляризационные характеристики микроструктурных оптических волокон»

а так же на научных конференциях Московского физико-технического института (Москва-Долгопрудный, 2005 и 2006) и на конкурсах молодых ученых ИРЭ РАН (Москва 2005 и 2006) По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 7 статей и 5 тезисов докладов на конференциях и 1 патент на полезную модель

Структура диссертации

Диссертация изложена на 127 страницах машинописного текста и содержит 60 рисунков Работа состоит из 5 глав, включая введение,

заключения и списка цитированной литературы, включающего 119 библиографических ссылок

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

В этом разделе обоснована актуальность данной работы, сформулированы основные цели исследования Кратко изложено основное содержание материала по главам

Глава 1 Обзор литературы

В данной главе представлен обзор литературы, в котором показано современное состояние исследований поляризационных характеристик микроструктурных оптических волокон В частности, указано, что в микроструктурном оптическом волокне спектральные зависимости фазового и группового ДЛП ведут себя не так как в обычном оптическом волокне Из этого сделан вывод, что использование поляризационного микроструктурного волокна требует четкого понимания этого различия при его использовании в различных устройствах Но прямое измерение фазового двулучепреломления, в отличие от группового ДЛП, связано с большими трудностями, поэтому было бы полезно установить какую-либо связь группового и фазового двулучепреломления в таких структурах или предложить эффективный способ измерения фазового ДЛП

Дан анализ методов измерения двулучепреломления в оптических волокнах Показаны достоинства и недостатки каждого метода, а так же указано, что на настоящий момент нет эффективного метода измерения фазового двулучепреломления

Проведен анализ способов формирования ДЛП в микроструктурных оптических волокнах Приведены достигнутые на настоящий момент поляризационные характеристики микроструктурных оптических волокон Сделан вывод, что MOB имеют большой потенциал для их использования в различных датчиках и волоконных элементах, так как обладают высокой температурной и механической устойчивостью поляризационных характеристик

Проведен анализ методов моделирования микроструктурных оптических волокон. Дано обоснование выбора адаптированного мультипольного метода для моделирования поляризационных характеристик MOB в настоящей диссертационной работе.

Глава 2. Теоретическое исследование MOB

Эта глава посвящена моделированию поляризационных характеристик. Сначала показано, что наиболее удобным методом моделирования поляризационных характеристик MOB является мультипольный метод. Дается краткое описание мультипольного метода моделирования, адаптированного в данной диссертационной работе для оптических волокон с несимметричной структурой. Показывается правильность результатов моделирования с использованием этого метода, путем сравнения различных характеристик MOB при моделировании свойств структуры в работе [1] и методом, выбранным в данной работе.

у

____ у

'1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

Длина волны, мкм Рисунок 1а. Рисунок 16

Простейшая структура Спектральная зависимость ДЛП в MOB с MOB с эллиптической Ю воздушными каналами

жилой.

Далее ведется расчет поляризационных характеристик различных структур для установления зависимостей поляризационных характеристик от различных параметров MOB За базовую структуру берется простейшая структура с эллиптической эффективной жилой, приведенная на рисунке 1а

Параметры структуры следующие радиус цилиндрических каналов г1 -2 5

мкм, их показатель преломления 1, а период структуры Л= 5 2 мкм,

коэффициент преломления материала матрицы пм =15 Производится моделирование спектральной зависимости поляризационно-зависимых потерь х- и у- составляющих фундаментальной моды, спектральных зависимостей эффективных показателей преломления фундаментальных мод и двулучепреломления

Практический интерес в большинстве случаев представляет только основная мода Поэтому особое внимание уделяется анализу рассчитанных мод При

моделировании проводится анализ, который учитывает как профиль моды, так и ее волновой вектор, включая действительную и мнимую части

Дальнейшее моделирование производится с похожими структурами, но с изменением различных параметров, а именно -пропорциональное уменьшение геометрических размеров, изменение радиуса боковых воздушных каналов, увеличение эллиптичности структуры, в том числе и за счет добавления дополнительных каналов (рисунок За)

Показано, что возможно получение высокого значения ДЛП в широком диапазоне, для простой структуры MOB, состоящей всего из 10 воздушных каналов фисунок 16)

Рисунок 2

Простейшая гексагональная структура MOB

Таким образом устанавливаются механизмы формирования и способы влияния на двулучепреломление и поляризационно-зависимые потери при изменении геометрии структуры MOB Но потери в таких структурах при большом значении ДПП остаются достаточно высокими, поэтому добавляются дополнительные слои воздушных каналов с целью уменьшения потерь MOB

Важно выяснить механизм дихроизма, т е разницы потерь, для 2 основных ортогонально поляризационных мод Для этой цели проводилось моделирование структуры волокна, в зависимости от ее геометрических параметров

За основу берется структура, представленная на рисунке 2 Производится моделирование поляризационных характеристик, в зависимости от радиусов групп цилиндрических каналов, коэффициента преломления материала каналов и эллиптичности структуры Получено, что при увеличении эллиптичности структуры на 25% от первоначального значения 4, двулучепреломление увеличивается на 20%

Однако, увеличение радиуса цилиндрических каналов может приводить как к уменьшению потерь, за счет сильного ограничения поля моды, так и к увеличению потерь, за счет уменьшения эффективной жилы и вытеснения поля моды в оболочку Увеличение коэффициента преломления материала нескольких каналов приводит к увеличению потерь, но может служить эффективным способом для формирования высокого значения дихроизма

Основным результатом данной главы является теоретический анализ формирования поляризационных характеристик MOB Кроме того в результате обобщения влияния различных параметров на поляризационные характеристики MOB, предлагается структура (рисунок За) со следующими параметрами А = 1 47 мкм, п1 = п2 = п4 = п4 =1, г1 = г4 = 0,67 мкм , г2 = 0,287 мкм, г4 = 0,44 мкм MOB с такой структурой длиной 1м обладает уникальными поляризационными характеристиками (рисунок 36) На рисунке представлены спектральные потери х- и у- составляющих основной моды для 1 метра оптического волокна, а также, спектральная зависимость ДЛП

Таким образом, предложена и промоделирована структура MOB с четырьмя слоями только воздушных каналов и дихроизмом 49дБ при потерях основной моды 1дБ на длине волокна 2см Рассчитанное значение фазового

двулучепреломления составляет 0.0111. Полученные результаты дают возможность практического изготовления такого волокна и его использования, например, в качестве поляризатора.

8x103 -| 7х10э ■ 6x103-

LO 5х10' с£

^ 4х103'

CD (—

° ЗхЮ3-2х103 ■ 1х103 ■ 0-

-1x10

Спектральные зависимости оптических потерь для двух пространственных фундаментальных поляризационных мод

Длина волны, мкм

1,1 1.5 1.6 1,7 Длина волны,мкм

Рисунок 3

а - Структура MOB с четырьмя слоями воздушных каналов; б - Поляризационные характеристики структуры MOB с четырьмя слоями воздушных каналов

Глава 3 Экспериментальное исследование поляризационных характеристик

Эксперименты проводились с различными типами оптическим волокон, произведенных в ИРЭ РАН (таблица 1) а также оптическим волокном фирмы Corning, на экспериментальной установке, представленной на рисунке 5 Общий вид MOB, с которым проводились эксперименты, представлен на рисунке 4

Таблица 1

Обозначение Описание

МОВ1 MOB, с характерной структурой, представленной на рисунке 2 1а Эллиптичность жилы 3 1, внешний диаметр 100 мкм

МОВ2 MOB, аналогично МОВ1, но внешний диаметр 80 мкм

МОВЗ Эллиптичность жилы 3 1, внешний диаметр 100 мкм

МОВ4 Эллиптичность жилы 10 1, внешний диаметр 100 мкм

НВ1 Обычное HiBi волокно с диаметром внешней жилы 125 мкм Механизм ДЛП - эллиптическая напрягающая оболочка

НВ2 Температурно-стабильное HiBi волокно с диаметром внешней жилы 125 мкм

Важным моментом при проведении экспериментов является определение длины волны отсечки высших мод, в частности второй моды, и, соответственно, диапазона, где волокно поддерживает только одну пространственную моду (одномодовый режим работы) Эксперименты с MOB показали, что не всегда можно определить отсечку высших мод как это

делается в обычном оптическом волокне при помощи изгиба. Поэтому использовался другой метод с волокон. В этом методе наблюдается спектр

пропускания системы MOB -обычное связное волокно при их продольной разъюстировке. Т.к. основная и высшие моды имеют различные профили, то на длине волны отсечки на графике зависимости

спектральной мощности (ось у спектроанализатора) от длины волны происходит скачок, обусловленный более резкими потерями при разъюстировке для фундаментальной моды, т.к. эта мода имеет максимум интенсивности по оси оптического волокна.

Во всех оптических волокнах, представленных в таблице 1, независимыми способами измерялось групповое и фазовое ДЛП. Для определения группового двулучепреломления использовался интерференционный метод. Поляризатор (П) и анализатор (А) (рисунок 5) ориентируются под углом 45' к главным осям тестируемого световода (ТС) для получения максимальной видности картинки. При этом на входе световода имеем две поляризационных моды с одинаковой амплитудой. После прохождения волокна выбранной длины между двумя поляризациями накапливается разность фаз. На выходном анализаторе обе поляризации проецируются на одну ось - ось анализатора и интерферируют между собой. Критерий выбора длины волокна заключается в том, чтобы не превысить длину когерентности источника, но при этом получить качественную (достаточное число периодов) картинку на спектроанализаторе (CA) для точного определения периода. Зная период интерференционной картинки,

использованием разъюстировки оптических

Рисунок 4

Общий вид MOB, с которым проводились эксперименты

определяется групповое двулучепреломление для определенной длины волны:

А п„ = ■

А2

LAÄ

(1)

где ДЛ. - период интерференционной картинки, 1_ - длина волокна, А ■ длина волны.

Проводя измерения для нескольких длин волн, можно построить спектральную зависимость группового двулучепреломления. Измерения проводились для разных длин волокна. Характерная спектральная зависимость группового ДЛП для МОВ1 длиной 64 см. представлена на рисунке 66. Из рисунка видно, что групповое двулучепреломление зависит от длины волны, поэтому фазовое и групповое ДЛП для такого волокна будут отличаться, что следует из выражения (2). Кроме того, зависимость группового ДЛП является немонотонной.

Для нахождения фазового ДЛП был использован прямой способ

ИС А П

J«

/

— /

/

ТС

(TD fi

Уу\. у ./-......t .>.......71

А

Л

А

ю

/О Р

ЧХ

и

CA

Рисунок 5

Схема экспериментальной установки для измерения поляризационных характеристик MOB

измерения Известна связь группового и фазового двулучепреломления

8Ап,

Ъпг=Ъпф-Х-^- (2)

где Ап% - групповое двулучепреломление, Ди^ - фазовое

двулучепреломление Зная спектральную зависимость группового ДЛП, можно с точностью до постоянной интегрирования найти спектральную зависимость фазового ДЛП (3)

/ л \

А-,

\Л у

_ ви 1п- В2(Л - Л0 )Л + В°рН А (3) л0 л0

где А, В1 и В2 - константы при аппроксимации спектральной зависимости группового ДЛП в виде А+ВГА+В2* А2

Задача состояла в нахождении этой константы -значения фазового двулучепреломления для какой-либо длины волны Для этого был выбран способ, основанный на связи поляризационных мод Если входной поляризатор сориентировать по одной из осей волокна, а выходной по другой, то мощность выходного сигнала будет равна нулю Однако при создании неоднородностей в оптическом волокне или механических воздействий на него сигнал на выходе появляется (рис 6а) Это обусловлено перекачкой энергии на неоднородностях из одной поляризационной моды в другую В качестве неоднородности была выбрана периодическая структура, обусловленная давлением на оптическое волокно периодической структурой из кварцевых волокон диаметром 500 мкм Давление производилось через вакуумную резину грузами Такая структура обуславливала резонансную связь мод на определенной длине волны (период структуры 1см) Используя найденное значение двулучепреломления в качестве начального условия при интегрировании (2), была найдена спектральная зависимость фазового двулучепреломления Результат представлен на рисунке 66

Следует обратить внимание, что из эксперимента мы определяем лишь абсолютное значение фазового двулучепреломления Это обуславливает некую двойственность при нахождении спектральной зависимости, т к получаются два различных начальных условия для решения

дифференциального уравнения (2) В настоящей работе такая неопределенность разрешалась путем измерения значений фазового ДЛП для нескольких длин волн, соответственно при этом изменялся период воздействующей на волокно решетки Для наилучшего совпадения выражения (2) экспериментальным значениям фазового двулучепреломления нужно принять предположение о том, что фазовое и групповое ДЛП различаются знаками, что подтверждается теоретическими расчетами

Для сравнения были измерены поляризационные характеристики обычных оптических волокон на той же экспериментальной установке

Сравнение полученных результатов для обоих типов волокон (MOB и обычное HiBi волокно), показывает, что в отличие от обычного волокна, где обе поляризационные характеристики практически совпадают (с точностью 10%), дисперсия группового двулучепреломления приводит к существенному отличию фазовых и групповых поляризационных характеристик в MOB Это отличие состоит не только в разнице значений фазового и группового ДЛП в несколько раз, но и в том, что главные оси волокна для фазового и группового двулучепреломления могут меняться местами

Результаты, полученные с нашими оптическими волокнами, соответствуют результатам, полученным в данной работе с оптическим волокном фирмы «Corning», имеющим структуру, представленную на рисунке 4

Был проведен анализ возможности использования известных из литературы аппроксимаций дпя нахождения фазового ДЛП На основе экспериментальных данных группового ДЛП показано, что аппроксимация в

виде nph = аЛь, хорошо известная из литературы [2], не может дать

надежных результатов Предложен прямой способ измерения фазового ДЛП основанный на резонансной связи поляризационных мод Продемонстрировано существенное отличие поляризационных характеристик микроструктурного ьолокна от обычного с тем же, по порядку величины, значением ДЛП

¡' * R£P>-?Q00d8m

i i ..............¿............................

! • i ................i.........

-91.004.

<D

к

к

(I) t! S

О

ч

(U Он

с <u

tr1

>

К я

ч:

2,5x10" 2,0x10" 1,5x10" 1,0x10" 5,0x10: 0,0 -5,0x10J -1,0x10" -1,5x10" -2,0x10" -2,5x10" -3,0x10"

_

K: ' 1 ■ я

: в

■ Групповое двулучепреломление A Фазовое двулучепреломление

A A i * ж

.. А: д..

1 —'— А A , А ' 1

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700

Длина волны

Рисунок 6

■ Характерная картинка резонансной связи поляризационных мод на периодической неоднородности; б -спектральные зависимости группового и фазового двулучепреломления в MOB

Глава 4 Стабильность поляризационных характеристик оптического

В этом разделе представлено исследование стабильности поляризационных характеристик разных типов оптических волокон при механическом и температурном воздействии

Температурная зависимость ДЛП оптического волокна может быть определена как сумма эффектов изменения в геометрии волокна и изменения механических напряжений

где, ДЛП, обусловленное геометрическими параметрами

оптического волокна, - ДЛП вызванное наличием термоупругих напряжений, а Т0- текущая температура Выражение (4 1) работает при

температурах, меньших температуры размягчения , при которой

напряжения отсутствуют

Когда говорится о геометрическом эффекте, имеется в виду как изменение геометрических параметров сердцевины оптического волокна при изменении температуры, так и изменение коэффициентов преломления материалов оболочки и сердцевины и связанное с этим изменение волноводного режима Температурный коэффициент расширения сердцевины

во всех волокнах имеет порядок а - 1СГ61/К Таким образом, относительное изменение размеров сердцевины оптического волокна при изменении температуры от температуры размягчения кварца Т = 910°С до комнатной температуры составит величину порядка 10~3, а относительное изменение ДЛП при таком изменении геометрических размеров составит пренебрежимо малую величину порядка 10-5 Этот эффект пренебрежимо мал по сравнению с другими эффектами

волокна

дв_

дТ

(4 1)

дТ дТ 7; - Т0

Изменение коэффициента преломления кварца с температурой

0Т2 ß

составляет величину -= 9.7x10 1/К. Зависимость коэффициента

дТ

преломления кварца при различных концентрациях ионов Ge отличается от того же коэффициента для чистого кварца на величину порядка 10-6 1/К. Относительное изменение ДЛП при изменении температуры в диапазоне ЮОоС для оптического волокна с эллиптической сердцевины составляет около 2%. Причем этот механизм дает отрицательный вклад.

Моделирование MOB со структурой, представленной на рисунке 1 с изменением показателя преломления матрицы на 10"4, дает изменение значения ДЛП на 3.6945*10"6. Таким образом, при изменении температуры в диапазоне 100°С изменение ДЛП составит 0,49%. Такое отличие от обычного волокна объясняется тем, что величина изменения разницы коэффициентов преломления материала оболочки и сердцевины -10"4 дает различный вклад в контраст коэффициентов преломления материалов сердцевины и оболочки в MOB и в обычном волокне.

Эффект изменения ДЛП за счет изменений напряжений в оптическом волокне связан с температурным расширением и требует расчета распределения давления по сечению оптического волокна. Такой расчет в случае волокна с эллиптической жилой показывает, что температурный вклад нестабильности ДЛП за счет

1.6x10 1.4*105

5

о 1.2x10

s 1,0x10

ю

со

° 8,0x10"* го

а 6,0x10""

g- 4,0x10 с

о 2,0x10J \-

0.0

»

| :

« НВ2 * МОВ1 А мовз НВ1

*

*

* : * :* * *

—•■ А » а в s 1

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Температура, °С

Рисунок 7

Температурная стабильность различных типов оптических волокон

механических напряжений 5 составляет около 10% в диапазоне ЮОоС и

тоже уменьшает ДЛП оптического волокна [3]

Для измерения температурной стабильности исследуемое оптическое волокно помещалось в термокамеру и производился его нагрев от ЗОоС до 75-80оС По сдвигу интерференционной картины на спектроанализаторе определялось изменение фазового двулучепреломления на один период сдвига на AT градусов

дп = - (4 10)

L

где L - длина волокна, а Я - длина волны, на которой происходит

измерение, AT - изменение температуры

В результате получено различие в свойствах у всех четырех типов исследованных оптических волокон (рисунок 7) Самым нестабильным оказалось волокно с эллиптической напрягающей оболочкой В температурную нестабильность такого волокна дает вклад, как геометрический фактор, так и фактор давления - основной механизм ДЛП в оптическом волокне этого типа Коэффициент относительной нестабильности дБ/

такого волокна /дГ составил около 16%, что находится в хорошем В

согласии с теоретическими расчетами в работе [3]

Следующим по нестабильности идет MOB с сердцевиной, легированной ионами Ge В этом случае в нестабильность ДЛП дают вклад оба механизма (геометрический и фактор давления), но скорее всего, ни один из них не

дБ/

является преобладающим, т к общая нестабильность 'дТ составила около

В

4%, а расчет температурной нестабильности, приведенный в начале этой главы, дает вклад за счет геометрического фактора величину 1,3% Фактор давления ослабляется наличием воздушных каналов, и дает вклад в общую нестабильность такую же величину как и геометрический фактор

Далее идет температурно-скомпенсированное волокно Это волокно со специальным профилем легирования, в котором полностью подавлена нестабильность, связанная с механическими напряжениями [4] Нестабильность такого волокна в ЮОоС градусном диапазоне составляет 1% и является показателем нестабильности, результатом которого является только изменение коэффициентов преломления материала оптического волокна Эта величина существенно отличается от значения нестабильности, полученного в работе [5], но близка к величине нестабильности MOB Это становится понятным, если вспомнить, что разность коэффициентов преломления оболочки и сердцевины намного превосходит ту же величину слабо направляющих оптических волокон, поэтому он близко к MOB

И самым стабильным оказалось MOB с жилой из чистого кварца Коэффициент нестабильности такого волокна измерить не удалось, из-за недостаточной точности измерений приборов, но она была заведомо лучше 0,5% в диапазоне температур 100 °С

При внешнем механическом воздействии в оптическом волокне возникает дополнительное наведенное двулучепреломление Это двулучепреромление в общем случае векторно складывается с имеющимся ДЛП и в результате получается волокно с другими поляризационными характеристиками

В работе исследовалась стабильность двулучепреломления при намотке оптического волокна на стержни различных радиусов Такой вид механических воздействий наиболее часто встречается при укладке оптических схем, а поэтому наиболее интересен с практической точки зрения

Ожидалась большая стабильность ДЛП при механических воздействиях в микроструктурном оптическом волокне Это объясняется наличием воздушных включений, которые компенсируют механические воздействия, за счет слабого изменения формы воздушных каналов Более строгое обоснование можно получить, решая уравнение Лапласа в оптическом волокне для нахождения распределения механических напряжений и дальнейшего учета их влияния на стабильность двулучепреломления

Эксперименты показали, что механизм зависимости двулучепреломления микроструктурного оптического волокна такой же, как и в

обычном оптическом волокне Но если в обычном оптическом волокне изменение двулучепреломления при изменении радиуса изгиба от бесконечности до 2 см составляет около 7% (НВ1), то в MOB та же величина составляет 3% (МОВ2)

Глава 5 Практическая ценность результатов

В последней главе рассмотрена возможность практического использования поляризационных MOB, проведены оценки ряда практических параметров, и даны рекомендации по улучшению характеристик различных приборов и волоконных элементов

Показано, что четвертьволновая пластинка, выполненная на MOB, будет в 20 раз стабильнее при изменении температуры внешней окружающей среды, чем та же пластинка, выполненная из обычного волокна поддерживающего состояние поляризации

Проведено сравнение характеристик поляризаторов выполненных с использованием MOB и обычного оптического волокна, при изгибах в петли различного радиуса При использовании поляризатора из обычного волокна типа НВ1, скрученного в петлю диаметром 8 см дихроизм существенно уменьшается, и его использование становится бесполезным Поляризатор, выполненный на MOB, незначительно ухудшает свои характеристики, начиная с диаметров петли 2,5 см Таким образом, использование MOB позволит существенно уменьшить размеры приборов, что важно в космических приложениях, авиации и др

Показано, что при использовании MOB в датчике тока в качестве линии задержки, чувствительного элемента и четвертьволновой пластинки, ^можно существенно повысить стабильность выходных характеристик при его использовании в реальных агрессивных условиях окружающей среды

Отмечается, что тематика MOB остается открытой для исследования, и обозначены возможные направления таких исследований Например, исследование изменения поляризационных характеристик MOB со временем (старение волокна), оптимизация структур MOB для уменьшения потерь при сварке с обычным оптическим волокном, поддерживающим состояние поляризации, наблюдение акустооптического взаимодействия в MOB, и

создание на его основе эффективного и простого способа измерения фазового ДЛП

Основные результаты и выводы

1 В работе исследованы эффективные механизмы формирования ДЛП и дихроизма в MOB На основе таких исследований предложено и теоретически исследовано однополяризационное волокно с уникальными поляризационными характеристиками Структура MOB с четырьмя слоями воздушных каналов и дихроизмом 49дБ при потерях основной моды 1дБ на длине волокна 2см Рассчитанное значение фазового двулучепреломления составляет 0 0111 Полученные результаты дают возможность практического изготовления такого волокна и его использования в качестве поляризатора

2 Впервые проведен численный расчет поляризационных характеристик микроструктурного оптического волокна с использованием мультипольного метода Расчетные данные спектральной зависимости группового ДЛП совпадают экспериментальными данными с точностью 8% в широком спектральном диапазоне 1100-1700 нм

3 Создана экспериментальная установка для измерения поляризационных характеристик оптических волокон На созданной установке проведено прямое измерение фазового и группового двулучепреломления Метод измерения основан на резонансной связи поляризационных мод Было продемонстрировано существенное отличие поляризационных характеристик MOB от обычного оптического волокна с тем же по порядку величины значением двулучепреломления

4 Проведен анализ возможности использования известных из литературы аппроксимаций для нахождения фазового ДЛП по данным о спектральной зависимости группового двулучепреломления На основе экспериментальных данных группового двулучепреломления показано, что такая аппроксимация фазового ДЛП, , не всегда может дать надежные результаты Проведено измерение ДЛП методом скрутки, и показано, что такой метод адекватно работает не для всех типов MOB

5 Исследованы температурные зависимости двулучепреломления различных типов волокон Обнаружено что температурная стабильность двулучепреломления микроструктурных волокон намного выше стабильности обычного оптического волокна Это связано с отсутствием нестабильности, связанной с механическими термоупругими напряжениями, а так же с тем, что изменение контраста коэффициентов ^реломления сердцевины и оболочки при изменении температуры мало по сравнению с начальным контрастом коэффициентов преломления

6 Исследованы зависимости двулучпереломления различных типов оптических волокон при внешнем механическом воздействии Показано что механизм нестабильности в МОВ такой же как и в обычном оптическом волокне, но благодаря наличию в нем воздушных каналов механические воздействия в МОВ частично компенсируется

7 Показано, что использование волоконных элементов на основе МОВ позволяет существенно улучшить характеристики ряда практических устройств и приборов Например, показано, как можно улучшить точностные характеристики датчика тока Путем моделирования подобраны параметры чувствительного элемента датчика тока, выполненного на микроструктурном волокне, обеспечивающие рекордное значение погрешности измерений - лучше 0,1% в диапазоне температур 1000С Обозначены возможные направления дальнейших исследований для возможности всестороннего использования МОВ в различных приборах

Список работ опубликованных по теме диссертации

1 Рябко M В, Чаморовский Ю К, Никитов С А, «Микроструктурные волокна» \\журнал «Микро- и наноструктурная техника» №5 2005 г

2 M В Рябко, В А Исаев, Ю К Чаморовский, С А Никитов, "Поляризационная дисперсия в микроструктурных волокнах с боковыми каналами" Оптика и Спектроскопия 102, 122 (2007)

3 УК Chamorovskn, YuV Gulyaev, MV Ryabko, SA Nikitov «Microstructured Fibers in Fiber Optic Communication Lines» \\ «Optical Memory and Neural Networks» №1 2006 г

4 Иванов ГА, Исаев В А, Никитов CA, Рябко MB, Старостин Н И .Чаморовский Ю К Патент РФ №64383 «Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика электрического тока»

5 Sergei К Morshnev, Maksim V Ryabko, and Yuri К Chamorovskn «Measuring of an embedded linear birefringence in spun optical fibers» Proc SPIE 6594, 65940R (2007)

6 MB Рябко, С А Никитов, Ю К Чаморовский «Моделирование свойств однополяризационного микроструктурного оптического волокна» Радиотехника и Электроника, Т 52, №10, стр 1-7

7 Е С Некрашевич, М В Рябко «Исследование температурной зависимости поляризационных характеристик различных типов волокон» Нелинейный Мир, №5, Т 5,2007, стр 292

8MB Рябко «Поляризационная дисперсия микроструктурных волокон» Нелинейный Мир, №6, Т 4,2006, стр 286

9 6 международная научно-техническая конференция «Перспективные Технологии в Средствах передачи Информации» Владимир 2005 Ю В Гуляев, И В Лисенков, С А Никитов, М В Рябко, Ю К Чаморовский «Микроструктурные волокна в волоконно-оптических линиях связи» стр 7-12

10 International Conference "Micro- and nanoelectronics 2005" Zvenigorod 2005 Russia Microstructured Optical Fibers - New Tool For TelecommunicationsM Ryabko, Yu Chamorovskn, I Lissenkov, S Nikitov, 0117

11 5-ая Международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика-2005", Зеленоград 2005 Гуляев Ю В , Лисенков И В , Никитов С А , Рябко М В , Чаморовский Ю К «Поляризационные свойства микроструктурных волокон» стр 247-248

12 «Лазеры Измерения Информация -2006», Санкт-Петербург 2006, СКМоршнев, МА Рябко, Ю К Чаморовский «Измерение встроенного линейного двулучепреломления в волоконных световодах типа "spun"» стр 54-55

13 15-ая Международная Конференция «Высокие Технологии В Медицине, Биологии И Геоэкологии», Новороссийск 2007 Рябко М В , Чаморовский

Ю К, Старостин Н И, Никитов С А «Экологически безопасный волоконно-оптический датчик тока», стр 26-29

Список литературы

1 White Т Р , Kuhlmey В Т, McPhedran R С et al Multipole method for microstructured optical fibers I Formulation //Journal of Optical Society of America В 2002 Vol 19 Number 10 P 157-161

2 Ortigosa-Blanche, J С Knight, W J Wadsworth, JArriaga, В J Mangan.T A Birks, and P St J Russell "Highly birefringent photonic crystal fibers" Optical Letters 2000, Vol 25, 1325-1327

3 Pak L Chu And Rowland A Sammut "Analytical Method For Calculation Of Stresses And Material Birefringence in Polarization- Maintaining Optical Fiber" //Journal Of Lightwave Technology, Vol Lt-2, No 5,1984

4 Иванов ГА, Исаев В А, Никитов С А, Рябко MB, Старостин Н И .Чаморовский Ю К Патент РФ №64383 «Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика электрического тока»

5 Waclaw Urbanczyk, Tadeusz Martynkien, and Wojtek J Bock "Dispersion effects in elliptical-core highly birefringent fibers"// APPLIED OPTICS ,Vol 40, No 12,2001

Рябко Максим Владимирович

Исследование поляризационных характеристик микроструктурных оптических волокон

Автореферат

Подписано в печать 30 10 2007 Формат 60x84 1/16, Усп печ л 1,75 Тираж 100 экз Заказ № "3?

Московский физико-технический институт

(государственный университет) Печать на аппаратуре Copy Printer 1280 НИЧ МФТИ

141700, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер , 9

Введение.

Актуальность.

Цель работы.

Структура работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

Научная новизна.

Практическая ценность.

Апробация работы.

Благодарности.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. История создания и первые результаты.

1.2. Дисперсионные характеристики.

1.3. Поляризационные характеристики микроструктурных волокон.

1.4. Методы измерения двулучепреломления оптических волокон.

1.4.1. Метод сканирования длины волны.

1.4.2. Анализ методом параметров Стокса.

1.4.3. Метод Матриц Джонса.

1.5. Методы моделирования дырчатых оптических волокон.

Глава 2. Теоретическое исследование MOB.

2.1 Описание метода моделирования.

2.2 Результаты моделирования.

2.2.1 Спектральная зависимость поляризационных характеристик различных структур MOB.

2.4.2.1. Расчет 1.

2.2.1.2. Расчет 2.

2.2.1.3. Расчет 3.

2.2.1.4. Расчет 4.

2.2.1.5. Расчет 5.

2.2.2 Зависимость поляризационных характеристик от геометрических параметров MOB.

2.2.2.1. Расчет 1.

2.2.2.2. Расчет 2.

2.2.2.4. Расчет 4.

2.2.2.4. Расчет 4.

2.2.2.5. Расчет 5.

2.3. Выводы.

Глава 3. Экспериментальное исследование поляризационных характеристик.

3.1 Определение одномодового режима.

3.2. Измерение группового ДЛП.

3.3. Измерение фазового ДЛП.

3.4. Измерение методом скрутки.

3.5. Обсуждение результатов.

3.6. Выводы.

Глава 4. Стабильность поляризационных характеристик оптического волокна.

4.1. Причины температурной нестабильности поляризационных характеристик оптических двулучепреломляющих волокон.

4.2. Экспериментальная установка.

4.3. Температурная стабильность фазового ДЛП.

4.4. Стабильность двулучепреломления при механическом воздействии.

4.5. Выводы.

Глава 5. Практическая ценность результатов.

5.1. Отличие фазового и группового двулучепреломления.

5.2. Фазовые пластинки.

5.3. Поляризатор.

5.4. Сварка оптических волокон.

5.5. Старение скола волокна.

5.6. Датчик тока.

5.7. Выводы.

Актуальность. Тематика микроструктурных оптических волокон (MOB) является самой актуальной задачей в области волоконной оптики последнего времени. Такой огромный интерес возникает как следствие уникальных свойств и возможностей таких оптических волокон - широкий одномодовый диапазон, необычные дисперсионные характеристики и их сильная зависимость от геометрических параметров оптического волокна, большое значение нелинейного коэффициента за счет сильной локализации поля моды, увеличенное (усиленное) двулучепреломление по сравнению с обычным РМ (поддерживающим поляризацию) оптическим волокном. Эти свойства находят широкое применение в телекоммуникациях [1-3], нелинейной оптике [4], метрологии [5], атомной физике [6] и медицине [7-8].

Несмотря на имеющиеся к настоящему времени результаты, постоянно появляется большое количество публикаций, что говорит о новых эффектах и результатах, которые содержит в себе данная тематика. Улучшаются параметры микроструктурных оптических волокон - пассивные оптические потери [9-10], оптические потери на сварке со стандартным оптическим волокном [11-13], увеличение двулучепреломления [14-18].

Создаются новые структуры оболочки таких оптических волокон, позволяющие улучшать нелинейное взаимодействие и получать нужные дисперсионные характеристики [10,19-21]. Появляются сообщения о создании дырчатых оптических волокон поддерживающих распространение высших мод [22-25], что актуально для создания активных волокон. Еще одно интересное свойство микроструктурного оптического волокна -независимость оптических потерь от радиуса изгиба [26].

Но, к сожалению, изучение и публикации работ по тематике микроструктурных оптических волокон строилось по принципу наиболее быстрого получения результата. По этой причине, в частности, изучению поляризационных характеристик MOB уделялось очень незначительное количество исследований. Как следствие, встречаются ошибочные заявления о том, что фазовое и групповое двулучепреломление в MOB практически совпадают, либо выводятся фазовые спектральные характеристики с использованием известных из литературы аппроксимаций для фазового двулучепреломления, что, как показано в данной диссертационной работе, не всегда корректно. Наличие подобных, порой ошибочных заявлений, четко дает понять, что тематика поляризационных характеристик MOB изучена очень слабо и требует тщательного исследования.

Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является детальное исследование поляризационных характеристик новых типов оптических волокон - MOB и поиск путей оптимизации параметров такого оптического волокна, для его перспективного использования в различных устройствах и волоконных элементах.

Для достижения заявленной цели было необходимо:

1. Теоретически исследовать поляризационные характеристики (фазовое и групповое двулучепреломление, поляризационно-зависимые оптические потери) в различных типах микроструктурных оптических волокон. Выявить зависимости поляризационных характеристик от различных параметров MOB. Моделирование структуры с рекордными значениями поляризационных характеристик на основе полученных результатов.

2. Создать экспериментальную установку для исследования поляризационных характеристик оптических волокон, их температурной и механической стабильности.

3. Разработать прямой способ измерения фазового ДЛП.

4. Исследовать стабильность поляризационных характеристик MOB при температурных и механических воздействиях и сравнить 5 полученные результаты с известными зависимостями обычного оптического волокна.

5. Проанализировать полученные результаты и дать предложения по использованию MOB с целью улучшения характеристик имеющихся волоконно-оптических устройств.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (первая глава), четырех оригинальных глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 127 страниц, список литературы содержит 119 наименований.

5.7. Выводы

1. Показана возможность практического использования результатов полученных в данной диссертационной работе для улучшения свойств различных волоконных устройств и элементов.

2. Показано, как можно улучшить точностные характеристики различных волоконных датчиков с использованием MOB на примере волоконно-оптического датчика электрического тока. Путем моделирования подобраны параметры чувствительного элемента датчика тока, выполненного на микроструктурном оптическом волокне, обеспечивающие рекордное значение погрешности измерений - лучше 0,1% в диапазоне температур 100°С

3. Обозначены направления дальнейших исследований для возможности всестороннего использования MOB в различных приборах.

Заключение

1. В работе исследованы эффективные механизмы формирования ДЛП и дихроизма в MOB. На основе таких исследований предложено и теоретически исследовано однополяризационное волокно с уникальными поляризационными характеристиками. Структура MOB с четырьмя слоями воздушных каналов и дихроизмом 49дБ при оптических потерях основной моды 1дБ на длине волокна 2см. Рассчитанное значение фазового двулучепреломления составляет 0.0111. Полученные результаты дают возможность практического изготовления такого волокна и его использования в качестве поляризатора.

1. Впервые проведен численный расчет поляризационных характеристик микроструктурного оптического волокна с использованием мультипольного метода. Расчетные данные спектральной зависимости группового ДЛП совпадают экспериментальными данными с точностью 8% в широком спектральном диапазоне 1100-1700 нм.

2. Создана экспериментальная установка для измерения поляризационных характеристик оптических волокон. На созданной установке проведено прямое измерение фазового и группового двулучепреломления. Метод измерения основан на резонансной связи поляризационных мод. Было продемонстрировано существенное отличие поляризационных характеристик MOB от обычного оптического волокна с тем же по порядку величины значением двулучепреломления.

3. Проведен анализ возможности использования известных из литературы аппроксимаций для нахождения фазового ДЛП по данным о спектральной зависимости группового двулучепреломления. На основе экспериментальных данных группового двулучепреломления показано, что такая аппроксимация фазового ДЛП,, не всегда может дать надежные результаты. Проведено измерение ДЛП методом скрутки, и показано, что такой метод адекватно работает не для всех типов MOB.

4. Исследованы температурные зависимости двулучепреломления различных типов волокон. Обнаружено что температурная стабильность двулучепреломления микроструктурных волокон намного выше стабильности обычного оптического волокна. Это связано с отсутствием нестабильности, связанной с механическими термоупругими напряжениями, а так же с тем, что изменение контраста коэффициентов преломления сердцевины и оболочки при изменении температуры мало по сравнению с начальным контрастом коэффициентов преломления.

5. Исследованы зависимости двулучпереломления различных типов оптических волокон при внешнем механическом воздействии. Показано что механизм нестабильности в MOB такой же как и в обычном оптическом волокне, но благодаря наличию в нем воздушных каналов механические воздействия в MOB частично компенсируется.

6. Показано, что использование волоконных элементов на основе MOB позволяет существенно улучшить характеристики ряда практических устройств и приборов. Например, показано, как можно улучшить точностные характеристики датчика тока. Путем моделирования подобраны параметры чувствительного элемента датчика тока, выполненного на микроструктурном волокне, обеспечивающие рекордное значение погрешности измерений - лучше 0,1% в диапазоне температур 100°С. Обозначены возможные направления дальнейших исследований для возможности всестороннего использования MOB в различных приборах.

1. Petropoulos P., Monro Т. M., Belardi W., et al. 2 R -regenerative all-optical switch based on a highly nonlinear holey fiber// Optics Letters. 2001. Vol. 26. Issue 16. P. 1233-1235.

2. Russell P. S. J. Photonic Crystal Fibers// Science. 2003. Vol. 299. P. 358-362.

3. Nasilowski Т., Lesiak P., Kotynski R., et al. Birefringent photonic crystal fiber as a multiparameter sensor //Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter. 2003. P. 29-32.

4. Tarasishin A.V., Magnitskii S.A., Shuvaev V.A., Zheltikov A.M. Constructing a light-field distribution for the laser guiding of atoms in photonic crystals //Optics Communications. 2000. Vol. 184. Issue 5-6. P. 391.

5. Ivanov A.A., Alfimov M.V., Fedotov A.B., et al. An All-Solid-State Sub-40-fs Self-Starting Cr4+ Forsterite Laser With Holey-Fiber Beam Delivery and Chirp Control for Coherence-Domain and Nonlinear-Optical Biomedical Applications //Laser Physics. 2001.

6. Sun Ju, Shilagard Т., Bell В., et al. In vivo multimodal nonlinear optical imaging of mucosal tissue //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Issue 11. P. 2478 -2486.

7. Ferrarini D., Vincetti L., Zoboli M. Leakage properties of photonic crystal fibers //OPTICS EXPRESS. 2002. Vol. 10. Issue 23. P. 1314 1319.

8. Hasegawa Т., Sasaoka E., Onishi M., et al. Hole-assisted lightguide fiber for large anomalous dispersion and low optical loss //OPTICS EXPRESS. 2001. Vol. 9. Issue 13. P. 681-687.

9. Chong J. H. and Rao M. K. Development of a system for laser splicing photonic crystal fiber//OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Issue 12. P. 1365-1370.

10. Bourliaguet В., Pare C., Emond F. Microstructured fiber splicing //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Issue 25. P. 3412-3417.

11. Ohsono K., Nishio Т., Bing Y. et al. High Performance Optical Fibers for Next Generation Transmission Systems //HITACHI CABLE REVIEW. 2003. No. 22, P. 1-5.

12. Wang X. and Wang L. V. Propagation of polarized light in birefringent turbid media: time-resolved simulations fibers //OPTICS EXPRESS. 2001. Vol. 9. Issue 5. P. 254-259.

13. Fuochil M., Hayesl J.R., Furusawal K. et al. Polarization mode dispersion reduction in spun large mode area silica holey fibres //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Issue 9. P. 1972-1977.

14. Li В., Chen M. Highly birefringent plastic holey fibers //Optical Fibers and Passive Components. 2004. Proceedings of SPIE. Vol. 5279. P. 632-635.

15. Chen X., Li M., Venkataraman N., et al. Highly birefringent hollow-core photonic bandgap fiber //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Issue. 16. P. 38883893.

16. Ortigosa-Blanch A., Knight J. C., Wadsworth W. J. et al. Highly birefringent photonic crystal fibres //Optics Letters. 2000. Vol. 25. Issue 18. P. 1325-1327.

17. Fujisawa T. Koshiba M. Finite element characterization of chromatic dispersion in nonlinear holey fibers //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Issue. 13. P. 1481-1489.

18. Hansen K.P., Jensen J.R., Jacobsen C. et al. Highly Nonlinear Photonic Crystal Fiber with Zero-Dispersion at 1.55 pm //Conference on Optical Fiber Communication Post Deadline, (Anaheim, California, USA 2002).

19. Ни E. S., Hsueh Y.-L., Marhic M. E. and Kazovsky L. G. Design of Highly-Nonlinear Tellurite Fibers with Zero Dispersion Near 1550nm //European Conference on Optical Communications (ECOC 2002), Copenhagen, Denmark, P. 3.2.3, September, 2002.

20. Mohammed W. S., Vaissie L., Johnson E. G. Hybrid mode calculations for novel photonic crystal fibers //Optical Engineering. 2003. Vol. 42. No. 8. P. 23112317.

21. Issa N. A. and Padden W. E. Light acceptance properties of multimode microstructured optical fibers: Impact of multiple layers// OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12, Issue. 14. P. 3224 3235.

22. Issa N.A. High numerical aperture in multimode microstructured optical fibers //submitted to Applied Optics.

23. Mortensen N.A., Stach M., Broeng J. et al. Multi-mode photonic crystal fibers for VCSEL based data transmission //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Issue. 17. P. 1953 1959.

24. NISHIOKA D., HASEGAWA Т., SAITO T. et al. Development of Holey Fiber Supporting Extra Small Diameter Bending //SEI TECHNICAL REVIEW. 2004. NUMBER. 58. P. 42-47.

25. Cregan R. F., Mangan B. J., Knight J. C. et al. Single-Mode Photonic Band Gap Guidance of Light in Air//SCIENCE. 1999. Vol. 285. P. 1537-1539.

26. Laegsgaard J., Mortensen N. A., Riishede J. and Bjarklev A. Material effects in air-guiding photonic bandgap fibers //Journal of Optic Society of America B. 2003. Vol. 20. Nomber. 10. P. 2046-2051.

27. Zheltikov A. M., Alfimov M. V., Fedotov A. B. et al. Controlled Light Localization and Nonlinear-Optical Interactions of Ultrashort Laser Pulses in Microand Nanostructured Fibers with a Tunable Photonic Band Gap //JOURNAL OF EXPERIMENTAL AND THEORETI.

28. Soljacic M., Lidorikis E., Ibanescu M. et al. Optical bistability and cutoff solitons in photonic bandgap fibers //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Nomber. 8. P. 1518-1527.

29. KNIGHT J. C., BIRKS T. A., RUSSELL, P. St.J., and ATKIN, D. M. 'All-silica single-mode fibre with photonic crystal cladding //Optics Letters. 1997. Vol. 22. Issue. 7. P. 484-485.

30. Knight J.C., Broeng J., Birks T.A. and Russell P.St.J. Photonic band gap guidance in optical fibers //Science 1998. Vol. 282. P. 1476-1478.

31. Nikitov S.A., Korshunova E.N., Chamorovskii Yu.K., Shatrov Microstructured A.D. optical fibers: basic characteristics and prospects //The Phisics and Technology Applications of Wave Processes. Volgograd, September 2004. P. 8-18.

32. Birks T.A. et al. Endlessly single-mode photonic crystal fibre// Optics Letters. 1997. Vol. 22. Issue. 13. P. 961-963.

33. Baggett J.C., Monro T.M., Furusawa K., and Richardson D.J. "Comparative Study of large-mode holey and conventional fibers //Optics Letters. 2001. Vol. 26. Number 26. P. 1045-1050.

34. Russell P.St.J., Birks T.A., Knight J.C. et al. Silica/air photonic crystal fibres //Journal of Applied Physics. 1998. Vol. 37. Suppl. 37-1. P. 45-48.

35. Knight J. C. Birks A., Crega R. F., et al. Photonic crystals as optical fibres -physics and applications //Optical Materials. 1999. Vol. 5 Issues 2-3. P. 143-151.

36. Knight J.C., Birks T.A., Russell P.StJ. and de Sandro J.-P. Properties of photonic crystal fiber and the effective index model //Journal of Optic Society of America A. 1998. Vol. 15. Nomber 3. P. 748-752.

37. Mortensen N. A. and Folkenberg J. R. Modal cutoff and the V parameter in photonic crystal fibers //OPTICS LETTERS. 2003. Vol. 28. Number. 20. P. 187981.

38. Wadsworth W. J., Knight J. C., Birks T. A. and Russell P. S. J. Recent progress in photonic crystal fibers //Proceedings of SPIE. 2003. Vol. 5246. P. 362-365.

39. Gander M. J., McBride R., Jones J. D. C., et al. Measurement of the wavelength dependence of beam divergence for photonic crystal fiber //Optical Letters. 1999. Vol. 24. Issue. 15. P. 1017-1019.

40. Koshiba M. and Saitoh K. Structural dependence of effective area and mode field diameter for holey fibers //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Number. 15. P. 1746-1756.

41. KnightT J. C. Birks A., Crega R. F., et al. Photonic crystals as optical fibresphysics and applications //Optical Materials. 1999. Vol. 5 Issues 2-3. P. 143-151.119

42. Bouk A. H., Cucinotta A., Poli F., Selleri S. Dispersion properties of square-lattice photonic crystal fibers //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12., Number. 5. P. 941-946.

43. Knight J. C. Photonic crystal fibres //NATURE. 2003. Vol. 424. P. 847-851.

44. Hansen K. P. Dispersion flattened hybrid-core nonlinear photonic crystal fiber //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Number. 13. P. 1503-1509.

45. Saitoh K. Koshiba and M. Chromatic dispersion control in photonic crystal fibers: application to ultra-flattened dispersion //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Number. 8. P. 843-852.

46. Reeves W. H., Knight J. C., Russell P. St. J. and Roberts P. J. Demonstration of ultra-flattened dispersion in photonic crystal fibers //OPTICS EXPRESS. 2002. Vol. 10. Number. 14. P. 609-613.

47. KNIGHT J. C., BIRKS Т., MANGAN, B. and RUSSELL P. St. J. New Solutions in Fiber Optics //Optics & Photonics News. 2002. P. 26 30.

48. Mechels S. E., Schlager J. В., Franzen D. L. Accurate Measurements of the Zero-Dispersion Wavelength in Optical Fibers //Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 1997. Vol. 102. Number. 3. P. 333-347.

49. Ferrando A., Zacares M., D. Binosi et. al. Spatial soliton formation in photonic crystal fibers //Optics Express. 2003. Vol. 11. Nomber. 5. P. 452-459.

50. Engeness T. D., Ibanescu M., Johnson S. G. et. al. Dispersion tailoring and compensation by modal interactions in OmniGuide fibers //Optics Express. 2003. Vol. 11. Number. 10.P. 1175-1196.

51. Poole C. D. and Wagner R. E. Phenomenological approach to polarization dispersion in long single-mode fibers //Electronic Letters. 1986. Vol. 22. Number. 19. P. 1029-1030.

52. Barclay P. E., Srinivasan K., and Painter O. Nonlinear response of silicon photonic crystal micresonators excited via an integrated waveguide and fiber taper //OPTICS EXPRESS 2005. Vol. 13. Noumber 3. P. 801-820.

53. Suzuki К., Kubota H, Kawanishi S. et al. Optical properties of a low-loss polarization-maintaining photonic crystal fiber// OPTICS EXPRESS. Vol. 9. Number 13. P. 676-680.

54. Nasilowski Т., Kotynski R., Antkowiak M. et al. Mode analysis of birefringent doped-core holey fibers //Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter. 2003. P. 217-220.

55. Daniel A. Nolan, George E. Berkey, Ming-Jun Li, Xin Chen et. al., Single-polarization fiber with a high extinction ratio // OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 29. Number. 16. P. 1855-1861.

56. Kazunori Suzuki, Hirokazu Kubota, Satoki Kawanishi, Optical properties of a low-loss polarization-maintaining photonic crystal fiber //OPTICS EXPRESS. 2001. Vol. 9. Number. 13. P. 676-780.

57. Xin Chen, Ming-Jun Li, Natesan Venkataraman et. al., Highly birefringent hollow-core photonic bandgap fiber //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 16. P. 3888-3896.

58. Wang, A. George, J. Liu, J. Knight, Highly birefringent lamellar core fiber //OPTICS EXPRESS. 2005. Vol. 13. Number. 16. P. 5988-5993.

59. T. Schreiber, F. Roser, O. Schmidt, J. Limpert, Stress-induced single-polarization single-transverse mode photonic crystal fiber with low nonlinearity //OPTICS EXPRESS. 2005. Vol. 13. Number. 19. P. 7621-7629.

60. Fiona C. McNeillie, Erling Riis, Jes Broeng, Highly polarized photonic crystal fiber laser//OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 17. P. 3981-3987.

61. P. J. Roberts D. P. Williams, H. Sabert et. al., Design of low-loss and highly birefringent hollow-core photonic crystal fiber //OPTICS EXPRESS. 2006. Vol. 14. Number. 16. P. 7337-7344.

62. F. Poletti, N. G. R. Broderick, and D. J. Richardson, The effect of core asymmetries on the polarization properties of hollow core photonic bandgap fibers //OPTICS EXPRESS. 2005. Vol. 13. Number. 22. P. 9115-9123.

63. Mark Wegmuller, Matthieu Legre, Nicolas Gisin, Experimental investigation of the polarization properties of a hollow core photonic bandgap fiber for 1550 nm //OPTICS EXPRESS. 2005. Vol. 13. Number. 5. P. 1457-1463.

64. T. Ritari and H. Ludvigsen, Experimental study of polarization properties of highly birefringent photonic crystal fibers //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 24. P. 5931-5939.

65. D. C. Zografopoulos, E. E. Kriezis, and T. D. Tsiboukis, Photonic crystal-liquid crystal fibers for single-polarization or high-birefringence guidance //OPTICS EXPRESS. 2006. Vol. 14. Number. 2. P. 914-923.

66. Jeffrey Chi Wai Lee and C.T. Chan, Polarization gaps in spiral photonic crystals //OPTICS EXPRESS. 2005. Vol. 13. Number. 20. P. 8088-8095.

67. Kazunori Suzuki, Hirokazu Kubota, Satoki Kawanishi, Optical properties of a low-loss polarization-maintaining photonic crystal fiber //OPTICS EXPRESS. 2001. Vol. 9. Number. 13. P. 676-682.

68. Lin Zhang and Changxi Yang, Photonic crystal fibers with squeezed hexagonal lattice//OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 11. P. 2371-2378.

69. Andrew Michie, John Canning, Katja Lyytikainen et. al., "Temperature independent highly birefringent photonic crystal fibre" OPTICS EXPRESS 2004, Vol. 12, No. 21, Page 5160.

70. Rashleigh S. C. "Origins and control of polarization effects in single-mode fibers" // J. Lightwave Technol. 1983. V. 1 No.2 P. 312-331.

71. N. Gisin, R. Passy, and J. P. V. d. Weid, "Definitions and measurements of polarization mode dispersion: Interferometric versus fixed analyzer methods," J. Lightwave Technol., vol. 6, pp. 730-8732, June 1994.

72. N. Cyr, A. Girard, and G. W. Schinn, "Stokes parameter analysis method, the consolidated test method for PMD measurements," in Tech. Proc. 15th National Fiber Optic Engineers Conf. (NFOEC'99), vol. II, Chicago, IL, Sept 1999, p. 280.

73. B. L. Heffner, "Automated measurement of polarization mode dispersion using Jones matrix eigenanalysis," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, pp. 1066-1069, 1992.

74. R. E. Schuh, E. S. R. Sikora, N. G.Walker et. al., and D. H. O. Bebbington, "Theoretical ananlysis and measurement of effects of fiber twist on polarization mode dispersion of optical fibers," Electron. Lett., vol. 31, pp. 1772-1773,1995.

75. Birks T. A., Mogilevtsev D., Knight J. C. et. al. The analogy between photonic crystal fibres and step index fibres //Optical Fiber Communication Conference. (Optical Society of America, Washington, D.C., 1998), FG4. P. 114-116.

76. Snyder A.W. and Love J.D. Optical Waveguide Theory. Chapman & Hall. London. 1983.

77. Unger H.G. Planar Optical Waveguides and Fibers (Clarendon, Oxford, 1997).

78. Guo S. and Albin S. Simple plane wave implementation for photonic crystal calculations //Optics Express. 2003. Vol. 11. Number. 11. P. 167-175.

79. Barkou S. E., Broeng J., and Bjarklev A. Dispersion properties of photonic bandgap guiding fibers //Optical Fiber Communication Conference (Optical Society of America, Washington, D.C., 1998), FG5. P. 117-119.

80. Zhi W., Guobin R., Shuqin L. and Shuisheng J. Supercell lattice method for photonic crystal fibers //Optics Express. 2004. Vol. 11. Number. 9. P. 980-987.

81. Monro T.M., Richardson D.J., Broderick N.G.R. Bennett P.J. Holey optical fibers: an efficient modal model // Journal of Lightwave Technology Journal. 1999. Vol. 17. Number. 17. P. 1093- 1102.

82. Monro T.M., Richardson D.J., Broderick N.G.R. Bennett P.J. Modeling large air fraction holey optical fibers //Journal of Lightwave Technology 2000. Vol. 18. Number. 18. P. 50-56.

83. Koshiba M., Saitoh K. Structural dependence of effective area and mode field diameter for holey fibers //OPTICS EXPRESS. 2003. Vol. 11. Number. 15. P. 1746-1756.

84. Lee J. H., Kim S. and Kim Y. T. Finite element method for diffusive light propagations in index-mismatched media //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 8. P. 1727-1740.

85. Yu C-P. and Chang H.-C. Compact finite-difference frequency-domain method for the analysis of two-dimensional photonic crystals //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 7. P. 1397-1408.

86. Baba Т., Matsumoto T. and Echizen M. Finite difference time domain study of high efficiency photonic crystal superprisms //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 19. P. 4608-4613.

87. Yang H. Y. D. Finite difference analysis of 2-D photonic crystals //IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES. 1996. Vol. 34. Number. 34. P. 2688-2695.

88. Shen L., He S. and Xiao A. A finite-difference eigenvalue algorithm for calculating the band structure of a photonic crystal //Computer Physics Communications. 2002. Vol. 143. Number. 23. P. 213-221.

89. Yefet A. and Turkel E. Fourth order compact implicit method for the Maxwell equations with discontinuous coefficients //Applied Numerical Mathematics. 2000. Vol. 33. Number. 33. P. 125-134.

90. White T. P., Kuhlmey В. Т., McPhedran R. C. et al. Multipole method for microstructured optical fibers. I. Formulation //Journal of Optical Society of America B. 2002. Vol. 19. Number. 10. P. 157-161.

91. John M. F. Perturbative numerical modeling of microstructure fibers //OPTICS EXPRESS. 2004. Vol. 12. Number. 19. P. 4535-4545.

92. W. Wijngaard, "Guided normal modes of two parallel circular dielectric rods," J. Opt. Soc. Am. 63, 944-949 (1973).

93. Bassett, M. Bjarme, D. Chan, I. Clarke, J. Digweed, T. Ryan, A. Michie and D. Wong, "Elliptically polarizing optical fiber," SPIE-Int. Soc. Opt. Eng.

94. Proceedings of Spie the International Society for Optical Engineering 3860, 501-6(1999).

95. Daizo NISHIOKA, Takemi HASEGAWA, Tatsuhiko SAITO et. al. "Development of Holey Fiber Supporting Extra Small Diameter Bending" //SEI TECHNICAL REVIEW N. 58,2004 p 42.

96. M.Szpulak, T.Martynkien, and W.Urbanczyk, "Effects of hydrostatic pressure on phase and group birefringence in microstructured holey fibers" Applied Optics 2003. Vol. 43, No. 24, pp. 4739-4744.

97. Ortigosa-Blanch, A. Diez, M. Delgado-Pinar, J.L. Cruz,and M.V. Andres, "Ultrahigh Birefringent Nonlinear Microstructured Fiber" Photon. Technol. Lett. 2004 Vol. 16, pp. 1667-1669.

98. M.B. Рябко, С.А.Никитов, Ю.К. Чаморовский «Моделирование свойств однополяризационного микроструктурного оптического волокна» Радиотехника и Электроника, Т.52, №10, стр. 1-7.

99. М. В. Рябко, В. А. Исаев, Ю. К. Чаморовский, С. А. Никитов, "Поляризационная дисперсия в микроструктурных волокнах с боковыми каналами" Оптика и Спектроскопия 102,122 (2007).

100. Jacob R. Folkenberg, М. D. Nielsen, N. A. Mortensen, С. Jakobsen, and Н. R. Simonsen "Polarization maintaining large mode area photonic crystal fiber" OPTICS EXPRESS 2004, Vol. 12, No. 5, Page 956.

101. Ortigosa-Blanche, J.C. Knight, W.J. Wadsworth, J.Arriaga, B.J.Mangan,T.A. В irks, and P. St J. Russell "Highly birefringent photonic crystal fibers" Optical Letters 2000, Vol. 25,1325-1327.

102. Waclaw Urbanczyk, Tadeusz Martynkien, and Wojtek J. Bock "Dispersion effects in elliptical-core highly birefringent fibers"// APPLIED OPTICS ,Vol. 40, No. 12, 2001.

103. РАК L. CHU AND ROWLAND A. SAMMUT "Analytical Method for Calculation of Stresses and Material Birefringence in Polarization- Maintaining Optical Fiber" //JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. LT-2, NO. 5, 1984.

104. Е. С. Некрашевич, М. В. Рябко «Исследование температурной зависимости поляризационных характеристик различных типов волокон» Нелинейный Мир, №5, Т.5,2007, стр.292.

105. Н. С. NGUYEN, В. Т. KUHLMEY, М. J. STEEL et. al.'Tapered photonic crystal fibres: properties, characterisation and applications" //Appl. Phys. В 81, 377-387 (2005).

106. J. Blake, P. Tantaswadi "In-Line Sagnac Interferometer Current Sensor" //Transaction and power delivery, V 11, N. 1, 1996 p. 116.

107. Sergei K. Morshnev, Maksim V. Ryabko, and Yuri K. Chamorovskii «Measuring of an embedded linear birefringence in spun optical fibers» Proc. SPIE 6594, 65940R (2007).

108. Иванов Г.А., Исаев В.А., Никитов С.А., Рябко М.В., Старостин Н.И.,Чаморовский Ю.К. Патент РФ №64383 «Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика электрического тока».

109. Рябко М. В., Чаморовский Ю.К., Никитов С. А., «Микроструктурные волокна» \\журнал «Микро- и наноструктурная техника» №5 2005 г.

110. Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь 2007 Рябко М.В., Чаморовский Ю.К., Никитов С.А. «Поляризационные характеристики микроструктурных оптических волокон», стр. 156-157.