CC BY
19INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
FOTONIK KRISTALLI TOLALARNING TUZILISHI VA ULARNING TAHLILI
Komilov Rasul Komilovich
Assistent, TATU https://doi.org/10.5281/zenodo.7856874
Abstract. This article is devoted to the study of the possibilities ofphotonic crystal fibers, in which the structural forms ofphotonic crystal fiber and the processes occurring in them were analyzed.
Keywords: SOT, FKT, 2D crystal structure, microstructure, nanostructure, pure core, hollow core, laser diode, light diode.
Kirish. 1966 yilda optik tolalar (OT) joriy etilishi telekommunikatsiya sohasida inqilob qildi va yorug'lik yo'naltirilishiga asoslangan yuqori tezlikli va boshqariladigan tizimlarni yaratishga olib keldi.
Standart optik tolalar (SOT) telekommunikatsiya sohasida mukammal ishlasa ham, kremniyning o'ziga xos xususiyatlari ushbu texnologiyaning rivojlanishiga cheklovlar qo'ydi.
Bu turdagi cheklovlar o'zak va qobiq uchun material ko'rsatgichlari, uning tuzilishi va nur sindirish ko'rsatgichi bilan bog'liq bo'lib, u yuqori quvvatli lazer diodlari yoki yorug'lik diodlari yordamida amalga oshirilganda o'ziga xos yo'qotishlar, dispersiya kabi kamchiliklar kuzatiladi, bu o'z navbatida optik tolalning xususiyatlarni erkin ishlab chiqishga to'sqinlik qilishi mumkin.
1996 yilda fotonik kristalli tolalarning (FKT) paydo bo'lishi optik tolali texnologiyada katta yutuq bo'ldi, chunki bu tolalar nafaqat misli ko'rilmagan xususiyatlarga ega, balki ular standart optik tolalarga xos bo'lgan ko'plab cheklovlarni yengib o'tishlari mumkin bo'ladi.
Fotonik kristalli tolalar (FKT) - bu standart optik tolalar taklif qiladigan imkoniyatlardan tashqari turli xil yangi va takomillashtirilgan xususiyatlarni taqdim etadigan optik tolalarning bir turi hisoblanadi.
Fotonik kristalli tolalar tuzilishi tolaning butun uzunligi bo'ylab o'tadigan, sof turdagi o'zak yoki bo'shliq (ichi bo'sh) turdagi o'zakda joylashgan havo g'ovaklarining davriy joylashishi bilan tavsiflanadi.
Ikkala turdagi tolalar o'rtasidagi asosiy farq shundaki, fotonik kristalli tolalarning to'lqin o'tkazuvchanlik xususiyatlari standart optik tolada bo'lgani kabi, shisha tarkibiga bog'liq emas, balki tolaning butun uzunligi orqali o'tadigan juda kichik va bir -biriga yaqin joylashgan havo g'ovaklarining joylashuvi bilan bog'liqdir.
Standart optik tolalardan farqli o'laroq, fotonik kristalli tolalar bitta materialdan tayyorlanishi va moslashuvchanligini ta'minlovchi bir nechta geometrik parametrlarga ega bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, bu tolalar ichi bo'sh o'zakda yorug'likni yo'naltirish imkoniyatini yaratadi. Shu sababli, barcha sohalarda fotonik kristalli tolalardan foydalanishga qiziqish yuqori hisoblanadi.
Fotonnik kristalli tolalarning tuzilish shakli va ularning xossalari
Fotonik-kristalli tola (FKT, mikrostrukturali optik tola, tunelli to'lqin o'tkazgich) - bu optik tolalar sinfi bo'lib, qobig'i ikki o'lchovli fotonik kristall tuzilishiga ega.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
1-rasm. Fotonik-kristalli optik tolaning tuzilishi.
Ushbu qobiq strukturasi tufayli keng diapazonda tolalarning dispersiya xususiyatlarini va boshqariladigan to'lqinli rejimlarda elektromagnit nurlanishning lokalizatsiya darajasini nazorat qilish uchun yangi imkoniyatlar ochiladi.
Fotonik kristall tolaning tuzilishi, tolaning butun uzunligi bo'ylab sof turdagi o'zakni yoki bo'shliq (ichi bo'sh) turdagi o'zakni o'rab turgan havo g'ovagi qoplamasi bilan tavsiflanadi.
Fotonik-kristalli (mikrostrukturali deb ham ataladi) tolalar yangi turdagi to'lqin yo'naltirgich hisoblanadi.
Bunday FK tolalar odatda, ichi bo'sh turdagi o'zakni o'rab turgan havo g'ovagi qoplamasi yuqori haroratda cho'zish orqali amalga oshiriladi. Ichi bo'sh g'ovak bo'ylab elektromagnit nurlanishning tarqalishining to'lqinli rejimni ta'minlovchi tolaning yadrosi bo'lib xizmat qiladi [1].
FK tolalarida elektromagnit nurlanishning to'lqinli rejimlari, yorug'likning sinishi ko'rsatkichining aks etishi va tarqalishidan kelib chiqadigan to'lqinlarning aralashuvi natijasida hosil bo'ladi.
Ko'pgina hollarda, FK tolalarni yaratish uchun havo bilan to'ldirilgan bo'shliqlari bo'lgan shisha yoki eritilgan kvarts ishlatiladi. Ba'zi bo'shliqlarni boshqa gazlar yoki suyuqliklar, shu jumladan suyuq kristallar bilan to'ldirish mumkin.
B a'zan fotonik kristalli tola atamasi kengroq ma'noda qo'llaniladi: u murakkab qobiq tuzilishiga ega bo'lgan deyarli barcha turdagi tolalarni, shu jumladan mikro va nanostrukturali tolalarni anglatadi.
Shunday qilib, FK tolalarning tuzilishiga ko'ra ikkita turga bo'lish mumkin: sof o'zakli va bo'shliq o'zakli FK tolalar.
Nomlanishidan kelib chiqib aytish mumkin, sof o'zakli FK tolalar butun uzunligi bo'ylab joylashgan davriy havo g'ovaklari bilan o'ralgan sof o'zakdan iborat bo'ladi (2-rasm (b)).
Ichi bo'sh o'zakli fotonik kristall tolalar havo g'ovaginini o'zak sifatida taqdim etadi, havo g'ovagi qoplamasi bilan o'ralgan (2-rasm (c)).
2-rasm. (a) standart turdagi OT ko'ndalang kesimi, (b) sof o'zakli FKT, (c) ichi bo'sh
o'zak FKT.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
Modellashtirish va ishlab chiqarish jarayonida yaratilgan tolaning turiga qarab boshqarilishi kerak bo'lgan turli xil fizik parametrlar mavjud: Standart optik tolada hisobga olinadigan yagona parametr o'zak diametri, fotonik kristall tolalarda esa boshqarilishi kerak bo'lgan uchta fizik parametr mavjud: o'zak diametri p, bu qattiq o'zakli FK tola uchun, u eng ichki qismida joylashgan g'ovaklar tomonidan hosil qilingan halqaning diametri sifatida belgilanadi, d -qobiqning havo g'ovaklari diametri va H- ketma-ket ikkita havo g'ovagi markazi orasidagi masofa hisoblanadi [1].
Ushbu uchta fizik parametr materialning sindirish ko'rsatgichi va joylashish turini tanlash bilan birgalikda FK tolalarni ishlab chiqarishni juda moslashuvchan qiladi va uning xususiyatlarini boshqarish imkoniyatini ochib beradi, bu esa standart tolalar tuzilish bilan amalga oshirib bo'lmasligini ko'rsatadi. Turli xil tuzilishlar va turli materiallarni nazarda tutadi.
FK tola tuzilishi va o'zak va qoplama materiallariga qarab to'rt xil boshqarish mexanizmi mavjud:
• Ko'rsatgichli yo'naltiruvchi FK tola - o'zgartirilgan to'liq ichki qaytish (TIQ) orqali sof o'zakdagi yo'naltirish;
• Fotonik taqiqlangan zonali yo'naltiruvchi (FTZ) FK tola - ichi bo'sh o'zakda FTZ effekti orqali yo'naltirish;
• To'liq sof FTZ FK tola - sof (aralashmasiz) o'zakda FTZ antirezonant ta'siri bo'yicha yo'naltirish;
• Gibrid FK tola - FTZ va o'zgartirilgan TIQ ni bir vaqtda ko'paytirish orqali yo'naltirish.
Sof o'zakli FK tolalar
Sof o'zakli FK tola kesmalari tola uzunligi bo'ylab o'zgarmas ravishda yo'nalgan sof o'zak atrofidagi havo g'ovaklarining davriy qatorini taqdim etadi.
Ishlab chiqarishda tarkibi bir xil bo'lgan sof o'zakli tola, qoplamaning samarali sindirish ko'rsatgichining pasayishiga olib keladi.
1996 yilda taqdim etilgan birinchi FKT, sof o'zakli FK tolaga asoslangan strukturasining tasviri 3-rasm (a) da keltirilgan, shuningdek uning sindirish ko'rsatgichining radial masofa bilan o'zgarishi 3-rasm (b) da keltirilgan.
Sof o'zakli FK tolalarda qoplamadagi sindirish ko'rsatgichi uning shakliga va materialiga qarab radial masofaga o'zgaradi.
O'zakning sindirish ko'rsatgichi bilan solishtirganda qoplamaning sindirish ko'rsatgichi pasayadi, bu esa yo'nalishni to'liq ichki qaytarishga imkon beradi, sof o'zakli FK tolalarni, o'zakni aralashmaga hojat qoldirmasdan bitta materialdan yasashga imkon beradi.
3-rasm: (a) sof o'zak FKT kesmi va (b) tegishli sindirish ko'rsatkichi tasviri
483
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
Sof o'zakli FK tolalarning yorug'lik yo'naltiruvchi xususiyatlari, standart OT larda bo'lgani kabi, shisha tarkibi bilan emas, balki juda kichik va yaqin masofada joylashgan havo g'ovaklarining joylashuvidan kelib chiqqanligi sababli, yo'naltirilganlik mexanizmi o'zgartirilgan TIQ deb nomlanadi [2].
Sof o'zakli FKT shaklining moslashuvchanligi, cheksiz bir modali yo'naltirgichlarga erishish uchun hatto ko'p modali yo'naltirgichlar yoki yuqori ikki sinuvchanlikni taqdim etganda ham o'rganilishi mumkin.
Ushbu xususiyatlar ilm-fan va texnologiyaning tobora kengayib borayotgan sohalarida, masalan, yuqori quvvat bilan ishlov berish, lazerli ko'p to'lqin uzunligini yaratish imkoniyatlar ga olib keladi.
Bo'shliq o'zakli FK tolalar.
O'zak qobig'i manfiy sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan FK tolalar TIQ orqali ishlay olmaydi (4-rasm).
4-rasm: (a) ichi bo'sh o'zakli FKT ko'ndalang kesimi va (b) tegishli sindirish ko'rsatkichi
grafigining tasviri
Biroq, tolaning butun uzunligi bo'ylab hosil qilingan g'ovakli fotonik kristalli qoplama, ichi bo'sh o'zakdan yorug'likning chiqishiga to'sqinlik qiladi, bu esa TIQ holatini g'ovak bilan o'ralgan ichi bo'sh o'zakda yorug'likni ushlab turish imkonini beradi [3].
Bunday holatda yorug'likni faqat fotonik kristalli bo'shliq mavjud bo'lganda yo'naltirish mumkin bo'ladi. Bunday yorug'likni yo'naltirish huddi sof jism fizikasida energiya o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan materiallarda elektron harakati mexanizmi sifatida qaraladi. Bazan, havo g'ovaklari yorug'lik yoki to'lqin uzunligiga o'xshash panjara shaklida bo'lgan 2D fotonik kristall struktura bilan taqsimlanadi. 2D kristall tuzilmalarida yorug'likning ma'lum bir chastota diapazonida tashqariga tarqalishiga to'sqinlik qiluvchi fotonik kristal bo'shliqlari mavjud.
Agar strukturaning davriyligi nuqson bilan buzilgan bo'lsa, turli xil optik xususiyatlarga ega bo'lgan maxsus hudud yaratilishi mumkin. Nuqson hududi fotonik taqiqlangan zonaga tushadigan chastotali tashuvchilarni qo'llab-quvvatlashi mumkin, ammo bu nuqson atrofida fotonik taqiqlangan bo'shliq mavjud bo'lgani uchun, nuqson ichidagi yorug'lik nuqson atrofida cheklangan bo'lib qoladi. Nuqsondan tashqariga tushgan tashuvchilar sinadi, nuqson hududiga tushadigan tashuvchilar esa nuqson bilan qattiq chegaralanadi va tolaning butun uzunligi bo'ylab yo'naltiriladi.
Ushbu yo'nalish mexanizmi havo g'ovagida yorug'likni yo'naltirishga imkon beradi, bu standart OTlarda mumkin emas (buning uchun yorug'likni cheklash uchun musbat o'zak qoplamaing sinishi ko'rsatkichi farqi zarur) va juda kichik Fresnel aks ettirish kabi e'tiborga molik
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
afzalliklarni taqdim etadi, chunki tashqi muhit va tolalar yashuvchisi o'rtasidagi sindirish ko'rsatgichining uzilishlari juda kichik bo'lishi mumkin [4].
Boshqariladigan yorug'lik va tola o'zagini tashkil etuvchi material o'rtasidagi kamroq o'zaro ta'sir, an'anaviy tolalar bilan mumkin bo'lmagan uzatish quvvati darajalariga imkon beradi, shu tarzda chiziqli bo'lmagan effektlarga asoslangan lazer uchun chegara kuchlarini oshiradi.
Tolaning o'zagini gazlar va suyuqliklar bilan to'ldirish orqali yuqori yorug'lik o'tkazuvchanligini hosil qilish mumkin. XULOSA
Fotonik kristall tolalarning g'ayrioddiy xususiyatlari, an'anaviy tolalar taklif qiladigan imkoniyatlardan tashqari, yangi va takomillashtirilgan imkoniyatlarning oshishiga olib keladi.
Turli sohalarda qo'llash uchun ushbu original texnologiyaga ilmiy hamjamiyat katta qiziqish uyg'otmoqda.
Fotonik kristall tolalar taqdim etishi mumkin bo'lgan e'tiborga molik xususiyatlar tufayli ushbu sohadagi ilovalar uchun yana bir nechta sensorlar ishlab chiqilishi kutilmoqda.
Hozirgi kunda ishlab chiqilgan va ushbu maqolada taqdim etilgan fotonik kristalli tolali sensorlarning miqdori va sifati fotonik kristalli tolalar sezgir ilovalar uchun ajoyib potentsialga ega texnologiya ekanligini ko'rsatadi.
REFERENCES
1. Ana M. R. Pinto and Manuel Lopez-Amo, "Crystal Fibers for Sensing Applications," Journal of Sensors, pp. 1-4, 2012.
2. Komilov Rasul Komilovich, "TCAD Sentaurus dasturida nanosheet FETning qisqa kanal effektlarini hisoblash", Jurnal «Интернаука», pp. 50-52, 2021.
3. M. Abdujapparova, S. Sadchikova. The method of WDM network reserving based on the p -cycle. In Proc. of International Conference on Information Science and Communications Technologies: Applications, Trends and Opportunities, ICISCT 2022. Tashkent, Uzbekistan Republic. 2022.
4. P. Russell, "Applied physics: photonic crystal fibers," Science, vol. 299, no. 5605, pp. 358362, 2003.
