Hollow-Core Fibers
Hollow-core fibers คืออะไร ?
เส้นใยแกนกลางกลวง (Hollow-core fiber) เป็นเส้นใยนำคลื่นชนิดหนึ่ง (โดยปกติเราจะเรียกเส้นใยนำคลื่นว่า เส้นใยนำแสง เมื่อคลื่นที่ใช้ส่งผ่านอยู่ในย่านของ Visible หรือ Infrared และถ้าเส้นใยนั้นทำมาจากวัสดุจำพวกแก้ว [silica] ด้วยแล้วเราจะเรียกว่าเส้นใยแก้วนำแสง) หากเรากล่าวถึง เส้นใยแก้วนำแสง (Optical fiber) เราอาจจะนึกถึงกลไกที่เกี่ยงข้องได้คือ การสะท้อนกลับหมด (Total internal reflection) อันเป็นหลักการที่ใช้ในการส่งผ่านแสงในเส้นใยแก้วชนิดนี้
เส้นใยแก้วนำแสง โดยทั่วไปนั้นเป็นแบบ Solid core ซึ่งจะประกอบไปด้วยส่วนที่เรียนกว่า Core และ Cladding โดยส่วนที่เรียกว่า Core ซึ่งมีค่า Refractive index สูงนั้น จะอยู่ตรงกลางของเส้นใย และมีส่วนที่เรียกว่า Cladding ซึ่งมีค่า Refractive index ต่ำกว่า อยู่รอบนอกของเส้นใยนี้ ด้วยการที่มีค่า Refractive index ต่างกันจึงทำให้เกิดสะท้อนกลับหมด ส่งผลให้คลื่นสามารถส่งผ่านในเส้นใยนำคลื่นชนิดนี้ได้
ตามกลไกของการสะท้อนกลับหมด ค่าดัชนีการหักเหของแสงในแกนกลางของไฟเบอร์จะต้องสูงกว่าวัสดุหุ้มโดยรอบ เช่นนั้นแล้วเส้นใยแกนกลางกลวง (Hollow-core fiber) จะใช้หลักการในการส่งผ่านคลื่นต่างจาก Solid core fiber ซึ่งกลไกที่ใช้ในการส่งผ่านคลื่นในเส้นใยแกนกลางกลวง มีหลายวิธีเช่น Photonic band gap ในเส้นใยนำคลื่นจำพวก Photonic crystal fiber
นอกจากนี้ยังมีกลไกที่เรียกว่า Antiresonant ในเส้นใยนำคลื่นจำพวก Negative curvature fibers หรือ Anti-resonant Fibers
เส้นใยแบบนี้คุณสมบัติเฉพาะหรือไม่ ?
คุณสมบัติเฉพาะของเส้นใยแกนกลางกลวง
- เนื่องจากกลไกต่างจาก Slid core ซึ่งมักใช้หลักการสะท้อนกลับหมด ในการส่งผ่านคลื่น ซึ่งต่างจาก Hollow-core ดังนั้นเส้นใยแกนกลางนี้จึงมี Loss สูงกว่า (ปัจจุบันยังคงมีการพัฒนาให้ Loss ลดลงยิ่งขึ้น)
- Weak Nonlinearities ด้วยว่าแสงเดินทางในอากาศเป็นหลัก จึงลดผลกระทบจาก Nonlinearities (particularly for ultrashort pulses with high peak power)
- Low Dispersion
- High Group Velocity, Low Latency Signal Transmission
Hollow-core fibers นี้สามารถนำไปทำอะไรได้บ้าง ?
- ใช้ในการส่งคลื่นที่มีกำลังสูงระยะเวลาส่งสั้นๆ (ultrashort pulses with high peak power)
- ใช้ในการส่งสัญญาณที่ต้องการ latency ต่ำ (a very low latency (time delay) )
- ใช้ในการทำอุปกรณ์ตรวจวัด ( sensor) จำพวก ตรวจวัดแก๊ช (Gas sensor) เช่น Hydrogen, Methane , CO2 เป็นต้น
นอกจากนี้ยังมีการนำเอา Hollow-core fiber ไปพัฒนาในอีกหลากหลาย Applications