Las fibras ópticas microestructuradas (MOF) son guías de ondas de fibra óptica donde el guiado se obtiene a través de la manipulación de la estructura de la guía de ondas en lugar de su índice de refracción .
En las fibras ópticas convencionales, la luz se guía a través del efecto de la reflexión interna total . La guía se produce dentro de un núcleo de índice de refracción más alto que el índice de refracción del material circundante ( revestimiento ). El cambio de índice se obtiene a través de diferentes dopajes del núcleo y el revestimiento o mediante el uso de diferentes materiales. En las fibras microestructuradas, se aplica un enfoque completamente diferente. La fibra está construida de un material (generalmente sílice ) y la guía de la luz se obtiene a través de la presencia de agujeros de aire en el área que rodea el núcleo sólido. Los agujeros a menudo están dispuestos en el 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 se reserva para aquellas fibras donde la propagación se produce dentro de un defecto fotónico o debido al efecto de banda prohibida fotónica . Como tal, las fibras de cristal fotónico 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 matrices 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 estructuradas aperiódicas, como las fibras fractales, son una mejor opción para bajas pérdidas por curvatura. [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] Estas también se pueden hacer utilizando canales de aire ubicados adecuadamente en las zonas virtuales de la fibra óptica. [3]
Las fibras de cristal fotónico son una variante de las fibras microestructuradas descritas por Kaiser et al. Son un intento de incorporar las ideas de brecha de banda de Yeh et al. de una manera sencilla apilando periódicamente una matriz regular de canales y dibujándolos en forma de fibra. Las primeras fibras de este tipo no se propagaban mediante dicha brecha de banda, sino mediante un índice de paso efectivo; sin embargo, el nombre, por razones históricas, se ha mantenido sin cambios, aunque algunos investigadores prefieren llamar a estas fibras fibras "agujereadas" 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 basada 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 agujeros de aire y tiene aplicaciones importantes con respecto a la alta apertura numérica y la recolección de luz, especialmente cuando se implementa en forma de láser, pero con gran promesa en áreas tan diversas como la biofotónica y la astrofotónica. [6]
La estructura periódica puede no ser la mejor solución para muchas aplicaciones. Las fibras que van mucho más allá de dar forma al campo cercano ahora se pueden diseñar deliberadamente para dar forma al campo lejano por primera vez, incluyendo el enfoque de la luz más allá del extremo de la fibra. [7] Estas fibras de Fresnel utilizan ópticas de Fresnel bien conocidas que se han aplicado durante mucho tiempo al diseño de lentes, incluidas formas más avanzadas utilizadas en óptica adaptativa aperiódica, fractal y irregular, o zonas de Fresnel/fractales. Muchos otros beneficios prácticos del diseño incluyen brechas de banda fotónicas más amplias en guías de onda 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.