fibra óptica de diámetro sublongitudinal

Una fibra óptica de diámetro sublongitudinal ( SDF o SDOF ) es una fibra óptica cuyo diámetro es menor que la longitud de onda de la luz que se propaga a través de ella. Una SDF generalmente consta de partes largas y gruesas (igual que las fibras ópticas convencionales) en ambos extremos, regiones de transición (conos) donde el diámetro de la fibra disminuye gradualmente hasta el valor sublongitudinal, y una cintura de diámetro sublongitudinal, que es la parte principal activa. Debido a este fuerte confinamiento geométrico, el campo electromagnético guiado en una SDF está restringido a un único modo espacial transversal llamado fundamental .

No existe un consenso general sobre cómo denominar estos elementos ópticos; diferentes grupos prefieren enfatizar diferentes propiedades de dichas fibras, a veces incluso utilizando términos diferentes. Los nombres en uso incluyen guía de onda sublongitudinal, ^{[ 1 ]} cable óptico sublongitudinal, ^{[ 2 ]} cable de sílice de diámetro sublongitudinal , ^{[ 3 ]} fibra cónica de diámetro sublongitudinal, ^{[ 4 ] [ 5 ]} guía de onda de cable ( fotónico ) , ^{[ 6 ] [ 7 ]} cable fotónico, ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} nanocable fotónico , ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} nanocables ópticos, ^{[ 14 ]} nanocables de fibra óptica, ^{[ 15 ]} fibra (óptica) cónica, ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} fibra cónica, ^{[ 20 ]} fibra de sílice de diámetro submicrométrico , ^{[ 21 ] [ 22 ]} fibras ópticas ultrafinas, ^{[ 23 ]} nanofibra óptica , ^{[ 24 ] [ 25 ]} óptica microfibras , ^{[ 26 ]} guías de onda de fibra submicrométricas, ^{[ 27 ]} cables ópticos micro/nano (MNOW).

El término guía de ondas puede aplicarse no solo a fibras, sino también a otras estructuras de guía de ondas como las guías de ondas sublongitudinales fotónicas de silicio . ^{[ 28 ]} El término submicrón suele ser sinónimo de sublongitud de onda , ya que la mayoría de los experimentos se realizan utilizando luz con una longitud de onda entre 0,5 y 1,6  μm. ^{[ 11 ]} Todos los nombres con el prefijo nano- son algo engañosos, ya que generalmente se aplica a objetos con dimensiones en la escala de nanómetros (p. ej., nanopartícula , nanotecnología ). El comportamiento característico de la SDF aparece cuando el diámetro de la fibra es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz. Por eso el término sublongitud de onda es el más apropiado para estos objetos.

Una fibra dopada con silicio (SDF) se crea generalmente estrechando una fibra óptica comercial, normalmente de índice escalonado . El proceso se lleva a cabo mediante máquinas de estirado especiales.

Una fibra óptica generalmente consta de un núcleo, un revestimiento y una capa protectora. Antes de estirar una fibra, se retira su revestimiento (es decir, se despoja la fibra ). Los extremos de la fibra desnuda se fijan a plataformas móviles de traslación en la máquina. A continuación, se calienta la parte central de la fibra (entre las plataformas) con una llama (como la de oxihidrógeno en combustión ) o un rayo láser ; al mismo tiempo, las plataformas de traslación se mueven en direcciones opuestas. El vidrio se funde y la fibra se alarga, mientras que su diámetro disminuye. ^{[ 29 ]}

Utilizando el método descrito, se obtienen cinturas de entre 1 y 10  mm de longitud y diámetros de hasta 100  nm. Para minimizar las pérdidas de luz a modos no ligados , es necesario controlar el proceso de estiramiento de modo que los ángulos de conicidad satisfagan la condición adiabática ^{[ 30 ]} al no exceder un cierto valor, generalmente del orden de unos pocos milirradianes . Para ello, se acopla un haz láser a la fibra que se está estirando y la luz de salida se monitoriza mediante un medidor de potencia óptica durante todo el proceso. Una SDF de buena calidad transmitiría más del 95 % de la luz acoplada, ^{[ 29 ]} siendo la mayoría de las pérdidas debidas a la dispersión en imperfecciones superficiales o impurezas en la región de la cintura.

If the fibre being tapered is uniformly pulled over a stationary heating source, the resulting SDF has an exponential radius profile.^[31] In many cases it is convenient to have a cylindrical waist region, that is the waist of a constant thickness. Fabrication of such a fibre requires continuous adjustments of the hotzone by moving the heating source,^[29] and the fabrication process becomes significantly longer.

Being extremely thin, an SDF is also extremely fragile. Therefore, an SDF is usually mounted onto a special frame immediately after pulling and is never detached from this frame. The common way of securing a fibre to the mount is by a polymer glue such as an epoxy resin or an optical adhesive.

Dust, however, may attach to the surface of an SDF. If significant laser power is coupled into the fibre, the dust particles will scatter light in the evanescent field, heat up, and may thermally destroy the waist. In order to prevent this, SDFs are pulled and used in dust-free environments such as flowboxes or vacuum chambers. For some applications, it is useful to immerse the freshly tapered SDF into purified water and thus protect the waist from contamination.

Applications include sensors,^[32]nonlinear optics, fibre couplers, atom trapping and guiding,^{[25][33][34][35]} quantum interface for quantum information processing,^[36][37] all-optical switches,^[38] optical manipulation of dielectric particles.^[39][40]

Subwavelength-diameter optical fibers have various applications owing to the special conditions of confining light in nanoscale dimensions. Some of the key usages are:

• Fibra de doble revestimiento