Pulse propagation in hollow core fibers

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorLudvigsen, Hanne
dc.contributor.authorPirttilä, Merituuli
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorTurunen, Markus
dc.date.accessioned2024-10-01T08:19:13Z
dc.date.available2024-10-01T08:19:13Z
dc.date.issued2024-09-30
dc.description.abstractThis 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.en
dc.description.abstractOptiset 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.fi
dc.format.extent30
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/131048
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202410016589
dc.language.isoenen
dc.programmeSähkötekniikan kandidaattiohjelmafi
dc.programme.majorElektroniikka ja sähkötekniikkafi
dc.programme.mcodeELECfi
dc.subject.keywordhollow core fibersen
dc.subject.keywordoptical fibersen
dc.titlePulse propagation in hollow core fibersen
dc.typeG1 Kandidaatintyöfi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotBachelor's thesisen
dc.type.ontasotKandidaatintyöfi
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
Pirttilä_Merituuli_2024.pdf
Size:
1.28 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC