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Photonische Kristallfasern

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Photonische Kristallfasern Newports Photonische Kristallfasern (PCF) zeichnen sich durch bestimmte Eigenschaften aus, die gewöhnliche optische Fasern nicht besitzen, z. B. Einmoden- Betrieb vom UV bis zum IR mit großen Modenfelddurchmessern, in hohem Maße nichtlineares Verhalten zur Erzeugung eines Superkontinuums, von extrem kleinen Werten bis zu 0,9 reichende numerischen Aperturen, optimierte Dispersionseigenschaften und Lichtführung im luftgefüllten Kern. Mögliche Anwendungen für PCF liegen in den Bereichen Spektroskopie, Messtechnik, Biomedizin, Bildgebung, Telekommunikation, industrielle Fertigung und Militärtechnik. Man unterscheidet in der Regel zwei Kategorien von photonischen Kristallfasern: Indexgeführte Fasern verfügen über einen massiven Kern während photonische Bandlücken-Fasern eine periodische mikroskopische Struktur und einen Kern aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex (z.B. einen hohlen Kern) besitzen. In Abb. 1 werden die verschiedenen Klassen der PCF aufgeführt. Newport bietet die Serien F-SM PCF mit großem Modenfelddurchmesser, F-NL nichtlineare PCF und F-AIR Bandlückenfasern oder PCF mit Luftführung an, die alle von Crystal Fibre, dem größten kommerziellen Hersteller von Photonischen Kristallfasern, gefertigt werden. Außerdem stehen Startersätze von Photonischen Kristallfasern (F-PCF-KIT-2) und als neueste Ergänzung der Supercontinuum Generator SCG-800 zur Verfügung. Für eine detailliertere Beschreibung der Eigenschaften von Photonischen Kristallfasern schlagen Sie bitte in dem Abschnitt der Technischen Erläuterungen zu Lichtwellenleitern nach. Generelle Bezeichnungen: Photonische Kristallfaser (PCF) Mikrostrukturierte Faser (MSF) Mikrostrukturierte Optische Faser (MOF) Hauptklassen: Unterklassen: Kern mit hohem Brechungsindex Index-Führung Löchrig (Holey) Loch-unterstützt Photonische Bandlücke (PBG) Bandlücken- Führung Hohe NA Großer Modenfelddurchmesser Hochgradig nichtlinear Kern mit niedrigem Brechungsindex Luft-Führung mit Hohlkern Abb. 1 – Überblick über die verschiedenen Klassen photonischer Kristallfasern Indexgeführte photonische Kristallfasern PCF mit großem Modenfelddurchmesser (F-SM Serie) Die photonischen Kristallfasern der F-SM Serie sind undotierte Quarzglas-Fasern, bei denen die Hohlräume im Mantel im Dreieck angeordnet sind. Da der Indexkontrast zwischen dem Kern und dem Mantel Än nur durch die Geometrie der Hohlräume bestimmt wird, ist es möglich, Fasern mit sehr kleinem und präzisem Än herzustellen und somit sehr kleine numerische Aperturen und sehr große Modenfelddurchmesser zu erhalten. Darüber hinaus verhält sich dieser Fasertyp über einen weiten Wellenlängenbereich wie eine Einmodenfaser - mit einem praktisch konstanten Modenfelddurchmesser (MFD). Bei kurzen Wellenlängen wird der Einsatz der Fasern durch Makrokrümmungsverluste beschränkt, was den praktikablen Wellenlängenbereich der Anwendung festlegt. Die F-SM Serie wurde optimiert, um einen möglichst großen MFD ohne hohe Makrokrümmungsverluste für typische Krümmungsradii von über 16 cm zu erhalten. Messkurven sind weiter unten im Abschnitt Technische Daten aufgeführt. Anwendungen Freistrahlkopplung und Handhabung Die photonischen Kristallfasern der F-SM Serie werden typischerweise für Aufgaben der Einmodenübertragung hoher Leistungen ohne nichtlineare Effekte verwendet. Weiterhin eignen sie sich optimal für Anwendungen, bei denen eine Einmoden- Das Ein- und Auskoppeln von Licht ist bei F-SM Fasern so einfach wie bei Standard- LWL. Bei einem Freistrahlaufbau müssen die Optiken mit der numerischen Apertur der Faser übereinstimmen und beugungsbegrenzt sein, um eine Kopplung mit geringen Verlusten zu gewährleisten. Da der MFD praktisch konstant ist, ist die numerische Apertur proportional zur Wellenlänge. Dieses ist beim Design der Einkoppeloptiken für einen breiten Wellenlängenbereich zu berücksichtigen. Die Fasern der F-SM Serie lassen sich mit Standardfasern spleißen (kundenspezifische Anfertigung) und so einfach in vorhandene Systeme oder Instrumente integrieren. Zusätzlich sind optionale FC-Stecker zur Strahlaufweitung und Handhabung hoher Leistungen erhältlich. Nichtlineare PCF (F-NL Serie) Nichtlineare photonische Kristallfasern sind indexgeführte Lichtwellenleiter (siehe Abb. 1). Sie besitzen einen kleinen Kern, um einen hohen nichtlinearen Koeffizienten zu erzielen. Der mikrostrukturierte, mit Hohlräumen versehene Schutzmantel der nichtlinearen photonischen Kristallfasern bietet im Vergleich zu konventionellen Stufen-Indexfasern mehrere Vorteile. Der große Indexsprung zwischen dem Kern aus Quarzglas und der mit Hohlräumen gefüllten Mikrostruktur führt dazu, dass die Faser nur ein schmales Modenfeld und somit einen hohen P h o t o n i k u n d I n s t r u m e n t i e r u n g 385 Email: germany@newport.com • Web: newport.com POLARISATIONSÜBERWACHUNG UND -STEUERUNG LASERDIODENSTEUERUNGEN LASERDIODENHALTER LICHTWELLENLEITER – KOMPONENTEN LICHTWELLENLEITER UND ZUBEHÖR EXPERIMENTIERSÄTZE führung in einem sehr breiten Wellenlängenbereich benötigt wird, z. B. in Sensoren, Spektroskopie, Interferometrie und RGB Anzeigen.

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386 P h o t o n i k u n d I n s t r u m e n t i e r u n g nichtlinearen Koeffizienten besitzt. Durch die Hohlräume sind diese Fasern stark wellenlängenabhängig und können eine starke Wellenleiterdispersion aufweisen. Mit der Wellenleiterdispersion lässt sich die Materialdispersion in der Faser verstärken oder auslöschen. Photonische Kristallfasern verfügen dadurch über eine höhere Flexibilität im Dispersionsprofil als herkömmliche Fasern. Durch das Design der Mikrostruktur (Größe der Hohlräume, Steigung, Struktur der Hohlräume) lässt sich die Wellenleiterdispersion beliebig modulieren. So...

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