Las fibras ópticas microestructuradas (MOF) son guías de ondas de fibra óptica donde la guía se obtiene mediante la manipulación de la estructura de la guía de ondas en lugar de su índice de refracción .
En las fibras ópticas convencionales, la luz es guiada mediante el efecto de reflexión interna total . El guiado se produce dentro de un núcleo de índice de refracción superior al índice de refracción del material circundante ( revestimiento ). El cambio de índice se obtiene mediante diferente dopado del núcleo y del revestimiento o mediante el uso de diferentes materiales. En el caso de las fibras microestructuradas se aplica un enfoque completamente diferente. La fibra está hecha de un material (generalmente sílice ) y la guía de la luz se obtiene mediante la presencia de orificios de aire en el área que rodea el núcleo sólido. Los agujeros suelen estar dispuestos según un patrón regular en matrices bidimensionales; sin embargo, existen otros patrones de agujeros, incluidos los no periódicos. Si bien la disposición periódica de los agujeros justificaría el uso del término " fibra de cristal fotónico ", el término está reservado para aquellas fibras en las que la propagación se produce dentro de un defecto fotónico o debido al efecto de banda prohibida fotónica . Como tales, las fibras de cristales fotónicos pueden considerarse un subgrupo de fibras ópticas microestructuradas.
Hay dos clases principales de MOF
Las fibras ópticas estructuradas, aquellas basadas en canales que recorren toda su longitud, se remontan a Kaiser and Co en 1974. Estas incluyen fibras ópticas revestidas de aire, fibras ópticas microestructuradas a veces llamadas fibra de cristal fotónico cuando las series de agujeros son periódicas y parecen un cristal. y muchas otras subclases. Martelli y Canning se dieron cuenta de que las estructuras cristalinas que tienen regiones intersticiales idénticas en realidad no son la estructura más ideal para aplicaciones prácticas y señalaron que las fibras con estructura aperiódica, como las fibras Fractal, son una mejor opción para bajas pérdidas por flexión. [1] Las fibras aperiódicas son una subclase de fibras de Fresnel que describen la propagación óptica en términos análogos a los haces libres de difracción. [2] Estos también pueden realizarse utilizando canales de aire colocados apropiadamente en las zonas virtuales de la fibra óptica. [3]
Las fibras de cristal fotónico son una variante de las fibras microestructuradas reportadas por Kaiser et al. Son un intento de incorporar las ideas de banda prohibida de Yeh et al. de una manera sencilla apilando periódicamente una serie regular de canales y divirtiéndolos en forma de fibra. Las primeras fibras de este tipo no se propagaban mediante una banda prohibida, sino más bien mediante un índice de paso efectivo; sin embargo, el nombre, por razones históricas, no ha cambiado, aunque algunos investigadores prefieren llamar a estas fibras fibras "agujeradas" o fibras ópticas "microestructuradas" en referencia al trabajo preexistente de Bell Labs. El cambio a la nanoescala [4] fue anticipado por la etiqueta más reciente de fibras "estructuradas". Una variante extremadamente importante fue la fibra revestida de aire inventada por DiGiovanni en Bell Labs en 1986/87 basándose en el trabajo de Marcatili et al. en 1984. [5] Este es quizás el diseño de fibra más exitoso hasta la fecha, basado en la estructuración del diseño de la fibra utilizando orificios de aire y tiene aplicaciones importantes relacionadas con la alta apertura numérica y la recolección de luz, especialmente cuando se implementa en forma láser, pero es muy prometedor en áreas tan diversos como la biofotónica y la astrofotónica. [6]
Es posible que la estructura periódica no sea la mejor solución para muchas aplicaciones. Las fibras que van mucho más allá de dar forma al campo cercano ahora pueden diseñarse deliberadamente para dar forma al campo lejano por primera vez, incluido el enfoque de la luz más allá del extremo de la fibra. [7] Estas fibras de Fresnel utilizan la conocida óptica de Fresnel que se ha aplicado durante mucho tiempo al diseño de lentes, incluidas formas más avanzadas utilizadas en óptica adaptativa aperiódica, fractal e irregular, o zonas de Fresnel/fractal. Muchos otros beneficios prácticos del diseño incluyen bandas prohibidas fotónicas más amplias en guías de ondas de propagación basadas en difracción y pérdidas de curvatura reducidas, importantes para lograr fibras ópticas estructuradas con pérdidas de propagación inferiores a las de las fibras de índice escalonado.