Fibre optique de diamètre inférieur à la longueur d'onde - Subwavelength-diameter optical fibre
Une fibre optique Subwavelength diamètre ( SDF ou SDOF ) est une fibre optique dont le diamètre est inférieur à la longueur d'onde de la lumière étant propagée à travers elle. Un SDF se compose généralement de longues parties épaisses (identiques aux fibres optiques conventionnelles) aux deux extrémités, de régions de transition (cônes) où le diamètre de la fibre diminue progressivement jusqu'à la valeur de sous-longueur d'onde, et d'une taille de sous-longueur d'onde, qui est la principale partie agissante. En raison d'un tel confinement géométrique, le champ électromagnétique guidé dans un SDF est limité à un seul mode appelé fondamental .
Nom
Il n'y a pas d'accord général sur la façon dont ces éléments optiques doivent être nommés; différents groupes préfèrent souligner les différentes propriétés de ces fibres, parfois même en utilisant des termes différents. Les noms utilisés incluent guide d'ondes sous-longueur d'onde, fil optique sous-longueur d'onde, fil de silice de diamètre sous-longueur d'onde, conicité de fibre de diamètre sous-longueur d' onde , guide d'onde filaire ( photonique ) , fil photonique, nanofil photonique , nanofils optiques, nanofils de fibre optique, fibre conique (optique), conicité de fibre , fibre de silice de diamètre submicronique , fibres optiques ultrafines , nanofibre optique , microfibres optiques , guides d'ondes à fibre submicronique, fils micro/nano optiques (MNOW).
Le terme guide d'ondes peut être appliqué non seulement aux fibres, mais également à d'autres structures de guidage d'ondes telles que les guides d'ondes photoniques en silicium . Le terme submicron est souvent synonyme de sous- longueur d' onde , car la majorité des expériences sont réalisées avec une lumière d'une longueur d'onde comprise entre 0,5 et 1,6 µm. Tous les noms avec le préfixe nano- sont quelque peu trompeurs, car il est généralement appliqué à des objets dont les dimensions sont à l'échelle du nanomètre (par exemple, nanoparticule , nanotechnologie ). Le comportement caractéristique du SDF apparaît lorsque le diamètre de la fibre est environ la moitié de la longueur d'onde de la lumière. C'est pourquoi le terme de sous- longueur d' onde est le plus approprié pour ces objets.
Fabrication
Un SDF est généralement créé en effilant une fibre optique commerciale, généralement à saut d'indice . Des machines de traction spéciales accomplissent le processus.
Une fibre optique se compose généralement d'un cœur, d'une gaine et d'un revêtement protecteur. Avant de tirer une fibre, son revêtement est retiré (c'est-à-dire que la fibre est dénudée ). Les extrémités de la fibre nue sont fixées sur des platines de "translation" mobiles sur la machine. Le milieu de la fibre (entre les étages) est ensuite chauffé avec une flamme (telle que de l' oxhydrique brûlant ) ou un faisceau laser ; en même temps, les étages de translation se déplacent dans des directions opposées. Le verre fond et la fibre s'allonge, tandis que son diamètre diminue.
En utilisant la méthode décrite, des tailles comprises entre 1 et 10 mm de longueur et des diamètres jusqu'à 100 nm sont obtenus. Afin de minimiser les pertes de lumière vers les modes non liés , il faut contrôler le processus de tirage de manière à ce que les angles d'effilage satisfassent à la condition adiabatique en ne dépassant pas une certaine valeur, généralement de l'ordre de quelques milliradians . À cette fin, un faisceau laser est couplé à la fibre tirée et la lumière de sortie est surveillée par un wattmètre optique tout au long du processus. Un SDF de bonne qualité transmettrait plus de 95 % de la lumière couplée, la plupart des pertes étant dues à la diffusion d'imperfections ou d'impuretés de surface au niveau de la taille.
Si la fibre conique est tirée uniformément sur une source de chauffage fixe, le SDF résultant a un profil de rayon exponentiel . Dans de nombreux cas, il est pratique d'avoir une région de taille cylindrique, c'est-à-dire la taille d'une épaisseur constante. La fabrication d'une telle fibre nécessite des ajustements continus de la zone chaude en déplaçant la source de chauffage, et le processus de fabrication devient considérablement plus long.
Manutention
Étant extrêmement mince, un SDF est également extrêmement fragile. Par conséquent, un SDF est généralement monté sur un cadre spécial immédiatement après le tirage et n'est jamais détaché de ce cadre. La manière courante de fixer une fibre au support est d'utiliser une colle polymère telle qu'une résine époxy ou un adhésif optique .
Cependant, la poussière peut se fixer à la surface d'un SDF. Si une puissance laser importante est couplée à la fibre, les particules de poussière diffusent la lumière dans le champ évanescent , s'échauffent et peuvent détruire thermiquement la ceinture. Afin d'éviter cela, les SDF sont tirés et utilisés dans des environnements sans poussière tels que des boîtes à flux ou des chambres à vide . Pour certaines applications, il est utile d'immerger le SDF fraîchement conique dans de l'eau purifiée et d'éviter ainsi la contamination de la taille.
Applications
Les applications incluent les capteurs, l'optique non linéaire, les coupleurs de fibres, le piégeage et le guidage d'atomes, l'interface quantique pour le traitement de l'information quantique, les commutateurs tout optiques, la manipulation optique de particules diélectriques.