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

  1. เนื่องจากกลไกต่างจาก Slid core ซึ่งมักใช้หลักการสะท้อนกลับหมด ในการส่งผ่านคลื่น ซึ่งต่างจาก Hollow-core ดังนั้นเส้นใยแกนกลางนี้จึงมี Loss สูงกว่า (ปัจจุบันยังคงมีการพัฒนาให้ Loss ลดลงยิ่งขึ้น)
  2. Weak Nonlinearities ด้วยว่าแสงเดินทางในอากาศเป็นหลัก จึงลดผลกระทบจาก Nonlinearities (particularly for ultrashort pulses with high peak power)
  3. Low Dispersion
  4. High Group Velocity, Low Latency Signal Transmission

Hollow-core fibers นี้สามารถนำไปทำอะไรได้บ้าง ?

  1. ใช้ในการส่งคลื่นที่มีกำลังสูงระยะเวลาส่งสั้นๆ (ultrashort pulses with high peak power)
  2. ใช้ในการส่งสัญญาณที่ต้องการ latency ต่ำ (a very low latency (time delay) )
  3. ใช้ในการทำอุปกรณ์ตรวจวัด ( sensor) จำพวก ตรวจวัดแก๊ช (Gas sensor) เช่น Hydrogen, Methane , CO2 เป็นต้น

นอกจากนี้ยังมีการนำเอา Hollow-core fiber ไปพัฒนาในอีกหลากหลาย Applications

Natthawat Phanchat

Dr.Natthawat Phanchat

Mahidol University

Contact