Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2023, выпуск 6 » Статья стр. 762
<<<>>>
Жгуты оптических волокон c высоким показателем преломления для проведения ТГц визуализации с субволновым разрешением (обзор)
DOI: 10.21883/OS.2023.06.55910.125-23
Переводная версия: 10.61011/EOS.2023.06.56659.125-23
Меликянц Д.Г.1, Курлов В.Н.2, Зайцев К.И.1, Катыба Г.М.2
1Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
2Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН, Черноголовка, Россия
Поступила в редакцию: 4 апреля 2023 г.
В окончательной редакции: 7 апреля 2023 г.
Принята к печати: 14 апреля 2023 г.
Выставление онлайн: 19 июля 2023 г.
PDF версия
Пучки или жгуты оптических волокон находят все больше применений в различных областях волоконной оптики, несмотря на сравнительно низкое разрешение подобных устройств, которое не превышает длины волны λ. Одним из способов решения указанной проблемы является использование материалов с высоким показателем преломления, что позволит добиться сильной локализации мод излучения в волокне. В настоящем обзоре рассказывается об использовании для этих целей сапфировых волокон с высоким показателем преломления n>3. Они используются в качестве основы для жгутов волокон, работающих в терагерцовом (ТГц) диапазоне и обеспечивают проведение визуализации с пространственным разрешением, превышающим дифракционный предел Аббе для свободного пространства. Изготовлены жгуты сапфировых волокон различной конфигурации, состоящие из массивов параллельно и не параллельно уложенных волокон, получены теоретические и экспериментальные оценки их пространственного разрешения с использованием как анализа парной корреляционной функции разупорядоченной упаковки волокна, так и ТГц имиджинга. В частности, для жгута, состоящего из параллельных волокон с металлическим напылением, разрешение меняется по апертуре со средним значением 0.53 λ, а на отдельных участках может достигать 0.3 λ. Для жгута с расходящимися волокнами с диэлектрическим покрытием разрешение составляет 0.35 λ, что значительно превышает предел Аббе. Разработанные принципы могут быть перенесены на любой спектральный диапазон, где доступны материалы для волоконной оптики с высоким показателем преломления. Наконец, описаны методики восстановления ТГц изображений тестовых бинарных объектов, полученных при помощи предлагаемых жгутов. Ключевые слова: оптические волокона, сапфир, субволновое пространственное разрешение, терагерцовый частотный диапазон.
  1. G. Agrawal. Nonlinear Fiber Optics, 4th ed. (Elsevier Science, USA, 2007)
  2. G. Keiser, F. Xiong, Y. Cui, P. Shum. J. Biomed. Opt., 19, 080902 (2014). DOI: 10.1117/1.jbo.19.8.080902
  3. J. Li, H. Ebendorff-Heidepriem, B. Gibson, A. Greentree, M. Hutchinson, P. Jia, R. Kostecki, G. Liu, A. Orth, M. Ploschner, E. Schartner, S. Warren-Smith, K. Zhang, G. Tsiminis, E. Goldys. APL Photonics, 3, 100902 (2018). DOI: 10.1063/1.5040861
  4. C. Lee, C. Engelbrecht, T. Soper, F. Helmchen, E. Seibel. J. Biophotonics, 3 (5-6), 385 (2010). DOI: 10.1002/jbio.200900087
  5. L. Doronina-Amitonova, I. Fedotov, O. Efimova, M. Chernysheva, A. Fedotov, K. Anokhin, A. Zheltikov. Appl. Phys. Lett., 101, 233702 (2012). DOI: 10.1063/1.4864646
  6. S. Sivankutty, A. Bertoncini, V. Tsvirkun, N.G. Kumar, G. Brevalle, G. Bouwmans, E.R. Andresen, C. Liberale, H. Rigneault. Opt. Lett., 46 (19), 4968 (2021). DOI: 10.1364/OL.435063
  7. Y. Lavi, A. Millo, A. Katzir. Appl. Phys. Lett., 87, 241122 (2005). DOI: 10.1063/1.2141728
  8. W. Xing, L. Wang, K. Maslov, L. Wang. Opt. Lett., 38 (1), 52 (2013). DOI: 10.1364/OL.38.000052
  9. B. Flusberg, E. Cocker, W. Piyawattanametha, J. Jung, E. Cheung, M. Schnitzer. Nat. Methods, 2, 941 (2005). DOI: 10.1038/nmeth820
  10. W. Gobel, J. Kerr, A. Nimmerjahn, F. Helmchen. Opt. Lett., 29 (21), 2521 (2004). DOI: 10.1364/OL.29.002521
  11. L. Doronina-Amitonova, I. Fedotov, A. Fedotov, A. Zheltikov. Appl. Phys. Lett., 102, 161113 (2013). DOI: 10.1063/1.4801847
  12. B. Lee, S. Han, Y. Jeong, J. Paek. Opt. Lett., 29 (1), 116 (2004). DOI: 10.1364/OL.29.000116
  13. T. Xie, D. Mukai, S. Guo, M. Brenner, Z. Chen. Opt. Lett., 30 (14), 1803 (2005). DOI: 10.1364/OL.30.001803
  14. M. Pochechuev, I. Fedotov, A. Zheltikov. Appl. Phys. Lett., 113, 191102 (2018). DOI: 10.1063/1.5054316
  15. A. Orth, M. Ploschner, E. Wilson, I. Maksymov, B. Gibson. Sci. Adv., 5 (4), eaav1555 (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aav1555
  16. R.P.J. Barretto, T.H. Ko, J.C. Jung, T.J. Wang, G. Capps, A.C. Waters, Y. Ziv, A. Attardo, L. Recht, M.J. Schnitzer. Nat. Med., 17, 223 (2011). DOI: 10.1038/nm.2292
  17. V. Szabo, C. Ventalon, V. DeSars, J. Bradley, V. Emiliani. Neuro Resource, 84 (6), 1157 (2014). DOI: 10.1016/j.neuron.2014.11.005
  18. A. Yetisen, H. Qu, A. Manbachi, H. Butt, M. Dokmeci, J. Hinestroza, M. Skorobogatiy, A. Khademhosseini, S. Yun. ACS Nano, 10 (3), 3042 (2016). DOI: 10.1021/acsnano.5b08176
  19. P. Gutruf, C. Good, J. Rogers. APL Photonics, 3, 120901 (2018). DOI: 10.1063/1.5040256
  20. D. Kim, J. Moon, M. Kim, T. Yang, J. Kim, E. Chung, W. Choi. Opt. Lett., 39 (7), 1921 (2014). DOI: 10.1364/OL.39.001921
  21. J.-H. Han, S. Yoon. Opt. Lett., 36 (16), 3212 (2011). DOI: 10.1364/OL.36.003212
  22. J. Shao, W.-C. Liao, R. Liang, K. Barnard. Opt. Lett., 43 (8), 1906 (2018). DOI: 10.1364/OL.43.001906
  23. J. Shao, J. Zhang, X. Huang, R. Liang, K. Barnard. Opt. Lett., 44 (5), 1080 (2019). DOI: 10.1364/OL.44.001080
  24. A. Porat, E.R. Andresen, H. Rigneault, D. Oron, S. Gigan, O. Katz. Opt. Express, 24 (15), 16835 (2016). DOI: 10.1364/OE.24.016835
  25. K. Zaytsev, G. Katyba, N. Chernomyrdin, I. Dolganova, A. Kucheryavenko, A. Rossolenko, V. Tuchin, V. Kurlov, M. Skorobogatiy. Adv. Opt. Mater., 8 (18), 2000307 (2020). DOI: 10.1002/adom.202000307
  26. R. Stantchev, B. Sun, S. Hornett, P. Hobson, G. Gibson, M. Padgett, E. Hendry. Sci. Adv., 2, e1600190 (2016). DOI: 10.1126/sciadv.1600190
  27. Y. Choi, C. Yoon, M. Kim, T.D. Yang, C. Fang-Yen, R. Dasari, K. Lee, W. Choi. Phys. Rev. Lett., 109, 203901 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.203901
  28. P. Belov, C. Simovski, P. Ikonen. Phys. Rev. B, 71, 193105 (2005). DOI: 10.1103/PhysRevB.71.193105
  29. P. Belov, Y. Zhao, S. Sudhakaran, A. Alomainy, Y. Hao. Appl. Phys. Lett., 89, 262109 (2006). DOI: 10.1063/1.2424557
  30. K. Kaltenecker, A. Tuniz, S. Fleming, A. Argyros, B. Kuhlmey, M. Walther, B. Fischer. Optica, 3 (5), 458 (2016). DOI: 10.1364/OPTICA.3.000458
  31. A. Tuniz, B. Kuhlmey, R. Lwin, A. Wang, J. Anthony, R. Leonhardt, S. Fleming. Appl. Phys. Lett., 96, 191101 (2010). DOI: 10.1063/1.3428576
  32. M. Habib, A. Stefani, S. Atakaramians, S. Fleming, A. Argyros, B. Kuhlmey. Appl. Phys. Lett., 110, 101106 (2017). DOI: 10.1063/1.4978445
  33. D.W. Vogt, J. Anthony, R. Leonhardt. Opt. Exp., 23 (26), 33359 (2015). DOI: 10.1364/OE.23.033359
  34. G. Katyba, K. Zaytsev, I. Dolganova, I. Shikunova, N. Chernomyrdin, S. Yurchenko, G. Komandin, I. Reshetov, V. Nesvizhevsky, V. Kurlov. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., 64 (4), 133 (2018). DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2018.10.002
  35. G. Katyba, K. Zaytsev, I. Dolganova, N. Chernomyrdin, V. Ulitko, S. Rossolenko, I. Shikunova, V. Kurlov. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., 67 (3), 100523 (2021). DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2021.100523
  36. G.M. Katyba, M. Skorobogatiy, D.G. Melikyants, N.V. Chernomyrdin, A.N. Perov, E.V. Yakovlev, I.N. Dolganova, I.E. Spektor, V.V. Tuchin, V.N. Kurlov, K.I. Zaytsev. Phys. Rev. Appl., 18, 034069 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.034069
  37. D. Grischkowsky, S. Keiding, M. van Exter, Ch. Fattinger. J. Opt. Soc. Am. B, 7 (10), 2006 (1990). DOI: 10.1364/JOSAB.7.002006
  38. H. Chen, M. Buric, P. Ohodnicki, J. Nakano, B. Liu, B. Chorpening. Appl. Phys. Rev., 5, 011102 (2018). DOI: 10.1063/1.5010184
  39. I. Minin, O. Minin, G. Katyba, N. Chernomyrdin, V. Kurlov, K. Zaytsev, L. Yue, Z. Wang, D. Christodoulides. Appl. Phys. Lett., 114, 031105 (2019). DOI: 10.1063/1.5065899
  40. P. Martin. Phys. Rev., 161, 143 (1967). DOI: 10.1103/PhysRev.161.143
  41. G.M. Katyba, D.G. Melikyants, N.V. Chernomyrdin, V.N. Kurlov, K.I. Zaytsev. Opt. Engineering, 60 (8), 082010 (2021). DOI: 10.1117/1.OE.60.8.082010. (03)90001-5
  42. N.V. Chernomyrdin, G.M. Katyba, A.A. Gavdush, T.V. Frolov, I.N. Dolganova, V.N. Kurlov, K.I. Zaytsev. Proc. SPIE, 11088, 110880I (2019). DOI: 10.1117/12.2528741
  43. N.V. Abrosimov, V.N. Kurlov, S.N. Rossolenko. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., 46 (1-2), 1 (2003). DOI: 10.1016/S0960-8974(03)90001-5
  44. P.I. Antonov, V.N. Kurlov. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., 44 (2), 63 (2002). DOI: 10.1016/S0960-8974(02)00005-0
  45. G. Katyba, K. Zaytsev, N. Chernomyrdin, I. Shikunova, G. Komandin, V. Anzin, S. Lebedev, I. Spektor, V. Karasik, S. Yurchenko, I. Reshetov, V. Kurlov, M. Skorobogatiy. Adv. Opt. Mater., 6 (22), 1800573 (2018). DOI: 10.1002/adom.201800573
  46. K.I. Zaytsev, G.M. Katyba, V.N. Kurlov, I.A. Shikunova, V.E. Karasik, S.O. Yurchenko. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 6 (4), 576 (2016). DOI: 10.1109/TTHZ.2016.2555981
  47. G.M. Katyba, N.V. Chernomyrdin, I.N. Dolganova, A.A. Pronin, I.V. Minin, O.V. Minin, K.I. Zaytsev, V.N. Kurlov. Proc. SPIE, 11164, 111640G (2019). DOI: 10.1117/12.2536305
  48. E. Yakovlev, K. Zaytsev, I. Dolganova, S. Yurchenko, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 5 (5), 810 (2015). DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2460671
  49. Lumerical Mode Solutions. [Электронный ресурс]. URL: https://www.lumerical.com
  50. V.V. Gerasimov, B.A. Knyazev, A.K. Nikitin, G.N. Zhizhin. Appl. Phys. Lett., 98, 171912 (2011). DOI: 10.1063/1.3584130
  51. T.H. Isaaca, W.L. Barnes, E. Hendry. Appl. Phys. Lett., 93, 241115 (2008). DOI: 10.1063/1.3049350
  52. M.A. Ordal, R.J. Bell, R.W. Alexander, L.L. Long, M.R. Querry. Appl. Opt., 24 (24), 4493 (1985). DOI: 10.1364/AO.24.004493
  53. M.S. Islam, C.M.B. Cordeiro, M.A.R. Franco, J. Sultana, A.L.S. Cruz, D. Abbott. Opt. Express, 28 (11), 16089 (2020). DOI: 10.1364/OE.389999
  54. D.V. Lavrukhin, A.E. Yachmenev, I.A. Glinskiy, R.A. Khabibullin, Y.G. Goncharov, M. Ryzhii, T. Otsuji, I.E. Spector, M. Shur, M. Skorobogatiy, K.I. Zaytsev, D.S. Ponomarev. AIP Adv., 9, 015112 (2019). DOI: 10.1063/1.5081119
  55. V. Setti, L. Vincetti, A. Argyros. Opt. Express, 21 (3), 3388 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.003388
  56. T. Ma, A. Markov, L. Wang, M. Skorobogatiy. Opt. Express, 23 (6), 7856 (2015). DOI: 10.1364/OE.23.007856
  57. A. Markov, M. Skorobogatiy. Appl. Phys. Lett., 103, 181118 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.012728
  58. D.F. Gardner, M. Tanksalvala, E.R. Shanblatt, X. Zhang, B.R. Galloway, C.L. Porter, R. Karl Jr., C. Bevis, D.E. Adams, H.C. Kapteyn, M.M. Murnane, G.F. Mancini. Nat. Photonics, 11, 259 (2017). DOI: 10.1364/LS.2017.LM3F.4

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme