1. Sợi quang học
1.2.1 Tinh thể quang tử
Khái niệm Tinh thể quang tử (Photonic Crystals) cũng tương tự như khái niệm tinh thể trong chất rắn. Tinh thể quang tử được hình thành là do sự sắp xếp các chất điện môi thành các dãy cách đều nhau (Hình 1.5) ở khoảng cách cỡ bước sóng ánh sáng.
Hình 1.5: Aûnh minh họa về Tinh thể quang tử (Photonic Crystal) : 1 chiều, 2 chiều và 3 chiều. Các màu sắc khác nhau thể chất điện môi khác nhau
Tinh thể quang tử 1 chiều (1D): như sợi Bragg, cách tử quang học v.v... đã được sử dụng rộng rãi hàng trăm năm qua do tính chất phản xạ đặc biệt từ đó tạo nên hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Tinh thể quang tử 2 chiều (2D): thường được dùng để dẫn sóng điện từ (waveguide). Có 2 loại chính là: mặt tinh thể quang tử và sợi tinh thể quang tử.
Hình 1.6: Ảnh minh họa về a)Mặt tinh thể quang tử và b) Sợi tinh thể quang tử Mặt tinh thể quang tử (Hình 1.6a): đđược chế tạo bằng cách sắp xếp các chất điện môi tuần hoàn trên cùng một mặt phẳng. Mặt tinh thể quang tử được sử dụng trong quang kết hợp và các ứng dụng khác có liên quan đến việc điều khiển ánh sáng tại những góc sắc cạnh.
Sợi tinh thể quang tử (Hình 1.6b) được chế tạo giống như sợi quang thông thường (sợi step_index) nhưng lớp bao (cladding) được thay thế bằng lớp tinh thể quang tử. Sóng điện từ được dẫn đi trong lõi sợi tinh thể quang tử có chiết suất cao hoặc thấp hơn lớp tinh thể quang tử.
Tinh thể quang tử 3 chiều (3D): Có khả năng ứng dụng như các khoang cộng hưởng cho việc xác định vị trí ánh sáng hoặc ngăn chặn các xung tự phát.
Có 2 loại sợi tinh thể quang tử, được phân biệt dựa vào cách dẫn sóng điện từ:
+ Sợi photonic bandgap (PBG) còn được gọi là sợi
Microstructed (MOFs) hoặc là sợi holey. Trong sợi này ánh sáng được truyền trong lõi có chiết suất thấp hơn chiết suất của lớp tinh thể quang tử bao xung quanh. Lớp tinh thể quang tử bao xung quanh tạo nên độ rộng vùng cấm, ánh
sáng có bước sóng nằm trong vùng cấm sẽ không thể truyền qua lớp tinh thể quang tử và do đó sẽ bị giam trong lõi. Sợi quang này được dùng như cảm biến (sensor) và truyền tải laser có công suất cao.
+ Loại thứ 2 là sợi tinh thể quang tử photonic crystal (PCF) (Hình 1.7). Cấu tạo chủ yếu của PCF là lõi ngay chính giữa được làm bằng chất điện môi như silica và các lỗ không khí bao quanh tạo thành mạng tinh thể. Sóng điện từ được dẫn trong sợi quang này bằng hiện tượng phản xạ toàn phần cũng giống như trong sợi quang thông thường (sợi step_index). Sợi PCF được sử thay cho sợi quang thông thường, nhưng nó có một số tính chất đặc biệt riêng mà sợi quang thông thường không có như: điều chỉnh được độ tán sắc và có thể truyền được vô số các mốt đơn.
Hình 1.7: Ảnh minh họa sợi tinh thể quang tử Photonic Crystal (PCF). Ánh sáng được truyền trong lõi có chiết suất cao bằng hiện tượng phản xạ toàn phần.
Tinh thể quang tử (Photonic Crystal) là một lĩnh vực rất rộng lớn. Đề tài này chủ yếu tập trung vào sợi tinh thể quang tử (đặc biệt là PCF) thuộc Tinh thể quang tử 2 chiều (2D).