Fotonik kristal fiber (PCF), kabuğu iki boyutlu bir fotonik kristal
yapısına sahip optik fiberler sınıfıdır.
Fotonik kristal fiber bir optik fiberdir; bu tür yapılar, fiberlerin
dispersiyon özelliklerini geniş bir aralıkta kontrol etmek ve kılavuz dalga
modlarında elektromagnetik radyasyonun lokalizasyon derecesini ortaya çıkarmak
için yeni fırsatlar açmıştır.
Çoğu durumda, PCF'ler hava-dolu boşluklu camdan veya kuvartstan yapılır.
Boşluklar kısmen diğer gazlar veya sıvılarla (sıvı kristaller de dahil)
doldurulabilir. Nadiren, farklı kırılma indeksleri olan iki farklı camdan
yapılmış PCF'ler de vardır.
Fotonik kristal fiber terimi, bazen daha geniş anlamda, mikro yapılı ve
nano-yapılandırılmış fiberler, Bragg fiberleri ve boşluklu fiberler de dahil
olmak üzere kompleks bir kabuk yapısına sahip neredeyse tüm fiber türlerini
belirtmek için kullanılır.
Fiber göbeği (çekirdek) içindeki ışık sınırlamasının fiziksel
mekanizması ile tüm PCF'ler iki geniş sınıfa ayrılabilir.
Birinci sınıf, fotonik bantaralığına (PBG) sahip kabuktan ayna yansıması
nedeniyle ışığın göbekte lokalize olduğu PCF'leri içerir. Özellikle, PBG'li PCF göbeğin oyuk
olabileceği, dolayısıyla giren radyasyon gücünde birkaç kat artışa izin verdiği
gibi kayıpları ve doğrusal olmayan etkileri azaltması da önemlidir.
İkinci sınıfın
PCF'lerdeki ışık sınırlama mekanizması, optik fiber için oldukça gelenekseldir,
yani toplam iç yansımaya dayanır. Bununla birlikte, kabuğun yapısına bağlı
olarak kırılma indeksini yönetmek için yeni bir ilke kullanılır. Kabuğun
kırılma indeksini kontrol etme olasılığı, sınırsız tek-modlu fiberin
oluşturulmasını sağlar. Bunlar, herhangi bir dalga boyunda sadece tek bir moda
sahiptirler. PCF'lerin diğer bir özelliği, tek-modlu operasyon büyük göbek
çaplı fiberlerde uygulanabilmesidir.
Hava boşlukları
olan PCF'ler, yuvarlak veya altıgen oyuk (hallow) tüplerden yapılmış bir
preformdan yüksek sıcaklıkta çekmeyle üretilir. Boşluklar, PCF’nin özelliklerini
kontrol etmek için farklı maddelerle doldurulabilir. Daha az yaygın bir metot,
fiber optik preformlar için geleneksel teknolojilerden birini kullanarak
üretilen bir preformda matkapla boşluk açmaktır.
Fotonik-kristal
fiberler, standart optik fiberlerin ve dalga kılavuzlarının sınırlı karakteristiklerini
aşabilir. Birçok nadir özelliklere sahip PCF'ler vardır; örneğin:
·
Tek-modlu ışık yayılımının spektral sınırlamaları
bulunmayan PCF'ler
·
PBG ile PCF; hava göbeğinde ışık yayılımının dalga
kılavuzu modunu destekler;
·
Hava göbeğinde ışık yayılımının dalga kılavuzu
modunu destekleyen PBG'ye sahip PCF
·
Çok küçük etkili mod alanlı PCF'ler
·
Süper-nonlineer PCF’ler
·
Çok güçlü anizotropi ile polarizasyonu sürdüren
PCF'ler
·
Görünür ve yakın infrared aralıklarda herhangi bir
dalga boyunda sıfır dağılımlı PCF'ler.
PCF'lerin önemli pratik uygulamalardan biri, süperdevamlı jeneratörlerin
oluşturulması ve kullanımıdır. (Superdevamlı
jenerasyon, yüksek mekansal tutarlılığı koruyarak, düşük bir zamansal
tutarlılık gibi geniş bir bant spektrumu ile lazer radyasyonunu radyasyona
dönüştürme işlemidir.) PCF'ler için çok önemli bir uygulama, optik sinyal işleme cihazlarının
oluşturulması için ışık dalga uzunluğunun dönüştürülmesidir; bunlar, yüksek
güçlü optik radyasyon transferi ve diğer pek çok amaçla kullanılabilir.
PCF'lerin geleceği büyük ölçüde üretim teknolojilerinin gelişimine
bağlıdır; özellikle attenuasyonun azaltılması ve mekanik kuvvetin arttırılmasına
yönelik çalışmalar önem taşımaktadır. Bir diğer önemli konu ise, PCF'lerin
üretim maliyetinin düşürülmesidir.
