Fibra óptica microestructurada

Las fibras ópticas microestructuradas (MOF) son guías de onda de fibra óptica en las que la guía se obtiene mediante la manipulación de la estructura de la guía de onda en lugar de su índice de refracción .

En las fibras ópticas convencionales, la luz se guía mediante el efecto de reflexión interna total . Esta guía se produce dentro de un núcleo con un índice de refracción superior al del material circundante ( revestimiento ). El cambio de índice se obtiene mediante el dopaje del núcleo y el revestimiento, o mediante el uso de diferentes materiales. En las fibras microestructuradas, se aplica un enfoque completamente distinto. La fibra está construida con un solo material (generalmente sílice ) y la guía de la luz se consigue mediante la presencia de orificios de aire en la zona que rodea el núcleo sólido. Estos orificios suelen estar dispuestos en patrones regulares bidimensionales; sin embargo, existen otros patrones, incluso no periódicos. Si bien una disposición periódica de los orificios justificaría el uso del término " fibra de cristal fotónico ", este se reserva para aquellas fibras en las que la propagación se produce dentro de un defecto fotónico o debido al efecto de banda prohibida fotónica . Por lo tanto, las fibras de cristal fotónico pueden considerarse un subgrupo de las fibras ópticas microestructuradas.

Existen dos clases principales de MOF

1. Fibras guiadas por índice, donde la guía se obtiene mediante el efecto de reflexión interna total.
2. Fibras de banda prohibida fotónica, donde la guía se obtiene mediante interferencia constructiva de la luz dispersa (incluido el efecto de banda prohibida fotónica).

Las fibras ópticas estructuradas, aquellas basadas en canales que recorren toda su longitud, se remontan a Kaiser y Co. en 1974. Estas incluyen fibras ópticas revestidas de aire, fibras ópticas microestructuradas, a veces llamadas fibras 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 no son en realidad 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 haces libres de difracción. ^{[ 2 ]} Estas también se pueden fabricar utilizando canales de aire posicionados adecuadamente en las zonas virtuales de la fibra óptica. ^{[ 3 ]}

Photonic crystal fibers are a variant of the microstructured fibers reported by Kaiser et al. They are an attempt to incorporate the bandgap ideas of Yeh et al. in a simple way by stacking periodically a regular array of channels and drawing into fiber form. The first such fibers did not propagate by such a bandgap but rather by an effective step index – however, the name has, for historical reasons, remained unchanged although some researchers prefer to call these fibers "holey" fibers or "microstructured" optical fibers in reference to the pre-existing work from Bell Labs. The shift into the nanoscale^[4] was pre-empted by the more recent label "structured" fibers. An extremely important variant was the air-clad fiber invented by DiGiovanni at Bell Labs in 1986/87 based on work by Marcatili et al. in 1984.^[5] This is perhaps the single most successful fiber design to date based on structuring the fiber design using air holes and has important applications regarding high numerical aperture and light collection especially when implemented in laser form, but with great promise in areas as diverse as biophotonics and astrophotonics.^[6]

Periodic structure may not be the best solution for many applications. Fibers that go well beyond shaping the near field now can be deliberately designed to shape the far-field for the first time, including focusing light beyond the end of the fiber.^[7] These Fresnel fibers use well known Fresnel optics which has long been applied to lens design, including more advanced forms used in aperiodic, fractal, and irregular adaptive optics, or Fresnel/fractal zones. Many other practical design benefits include broader photonic bandgaps in diffraction based propagating waveguides and reduced bend losses, important for achieving structured optical fibers with propagation losses below that of step-index fibers.