Pulse propagation in hollow core fibers
No Thumbnail Available
Files
Pirttilä_Merituuli_2024.pdf (1.28 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-09-30
Department
Major/Subject
Elektroniikka ja sähkötekniikka
Mcode
ELEC
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
30
Series
Abstract
This bachelor’s thesis is a literature review on pulse propagation in hollow core fibers. Hollow core fibers are a specialty fiber characterized by their air filled core. Compared to conventional fibers they offer various advantages such as theorethically lower attenuation and higher damage threshold. The thesis discusses fundamentals of pulse propagation and main factors causing losses in the fibers. The thesis also discusses briefly the future applications of hollow core fibers.Optiset kuidut ovat välttämätön tiedonsiirron väline digitalisoituvassa maailmassa. Onttorunkoiset kuidut (engl. Hollow core fiber, HCF) mahdollistavat nopeamman tiedonsiirron verrattuna käytössä oleviin perinteisiin kuituihin. Tämä opinnäytetyö käsittelee sähkömagneettisen pulssin etenemistä onttorunkoisissa kuiduissa. Työ on kirjallisuuskatsaus, jossa selvitetään mitkä tekijät vaikuttavat valon etenemiseen onttorunkoisessa kuidussa. Tutkimuksen tavoitteena oli koota yhteen pulssin etenemisen kuvaamisen matemaattisia mallinnuskeinoja. Tämän lisäksi työssä käydään lyhyesti läpi onttorunkoisten kuitujen käyttökohteita. Onttorunkoiset kuidut ovat optisten kuitujen alakategoria. Niiden rakenne jaetaan onttoon ytimeen ja sitä ympäröivään kvartsilasiseen vaippaan. Ydin voidaan myös täyttää kaasulla tai nesteellä kuidun käyttökohteesta riippuen. Valon etenemistä väliaineessa voidaan yksinkertaisimmissa tapauksissa kuvata sädeoptiikan avulla. Sädeoptiikassa valon oleteaan käyttäytyvän partikkelin tavoin. Sädeoptiikassa optisen kuidun toiminnan perustana ovat valon heijastumis- ja taittumislajit optisten aineiden rajapinnassa. Toisin sanoen valo etenee väliaineessa suoraa linjaa pitkin ja osuessaan väliaineeseen sen kulkusuunta muuttuu. Sädeoptiikan käyttö rajautuu kuitenkin ideaalisten valonsäteiden tutkintaan, eikä sillä voida käsitellä valon aaltoluonnetta. Valon aaltoluonteen mallintamiseen käytetään Maxwellin yhtälöitä sekä niistä johdettua aaltoyhtälöä. Aalto-optiikalla voidaan mallintaa yksinkertaisia lineaarisia häviöitä kuten Rayleigh-sirontaa. Rayleigh-sironta on ilmiö, joka syntyy valon sironnasta kuitumateriaalin pienistä tiheysvaihteluista, on perinteisissä lasikuiduissa merkittävä pulssin vaimenemisen lähde. Aalto-optiikka ei kuitenkaan pysty mallintamaan kuiduissa tapahtuvia epälineaarisia ilmiöitä. Tämän vuoksi pulssin kulkemisen mallintamiseen käytetään yleisesti epälineaarista Schrödingerin yhtälöä (engl. Nonlinear Schrödinger equation, NLSE). NLSE mahdollistaa sekä lineaaristen-, että epälineaaristen tekijöiden vaikutuksen arvioimisen valopulssin etenemiseen. Myös useiden pulssien kokonaisuuksia voi analysoida käyttäen epälineaarista Schrödingerin yhtälöä. Yhtälöä ei voida kuitenkaan ratkaista analyyttisesti kuin eritystapauksissa, minkä vuoksi yhtälön ratkaisuja approksimoidaan numeerisesti. Onttorunkoisia kuituja voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa soveltaa muun muassa tietoliikenneverkkoihin. Perinteisiin optisiin kuituihin verrattuna ne vaativat huomattavasti vähemmän signaalin vahvistusta ja toistoa. Näin ollen onttorunkoisten kuitujen käyttö tekisi pitkän kantaman tiedonsiirtojärjestelmistä yksinkertaisempia. Konkreettisesti tämä on mahdollista vasta tulevaisuudessa, kun onttorunkoisten kuitujen valmistuksesta tulee edullisempaa ja tasalaatuisempaa. Potentiaalisia sovelluskohteita onttorunkoisille kuiduille ovat myös nykyisten kuitulaserien käyttökohteet, kuten jatkuvan spektrin (engl. supercontinuum) ja lyhyiden pulssien kuljetus.Description
Supervisor
Turunen, MarkusThesis advisor
Ludvigsen, HanneKeywords
hollow core fibers, optical fibers