اگر می خواهید نور را در سفر از طریق فیبرهای نوری ارسال کنید – با کمترین تلفات ممکن، باید نور مادون قرمز را انتخاب کنید، به عنوان مثال، در شبکه های مخابراتی در سراسر جهان. با این حال، برای کاربردهای خاص، مانند بررسی‌های طیف‌سنجی روی یون‌ها یا اتم‌ها، نور (لیزر) در محدوده فرابنفش مورد نیاز است. اما این نوع نور به سرعت به فیبرهای نوری معمولی آسیب می رساند.
محققان موسسه ماکس پلانک برای علم نور در ارلانگن/آلمان و موسسه QUEST مستقر در Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)، نوع جدیدی از فیبر نوری با هسته توخالی را آزمایش کرده اند و دریافته اند که این فیبر نوری نوع فیبر نوری قادر به هدایت نور لیزر UV بدون آسیب و با اتلاف قابل قبول بود.
تحقیقات آنها که اخیراً در مجله “Optics Express” منتشر شده است، برای کاربردهای متعدد جالب است: علاوه بر طیف‌سنجی دقیق روی اتم‌ها یا یون‌ها و استفاده از آنها در ساعت‌های اتمی نوری یا رایانه‌های کوانتومی، میکروسکوپ فلورسانس در زیست‌شناسی، بررسی پلاسماهای فرآیندی. مطالعات احتراق روی دوده یا طیف‌سنجی گازهای گلخانه‌ای از دیگر زمینه‌های کاربردی احتمالی خواهد بود.
فیبرهای نوری معمولا دارای هسته شیشه ای جامد هستند. این هسته شیشه ای با مواد نوری نازک تری پوشانده شده است. قوانین فیزیک تضمین می کند که یک پرتو نور در داخل چنین فیبری به لطف بازتاب کامل نگه داشته می شود و می توان آن را در فواصل طولانی بدون تلفات قابل توجه حمل کرد.
بنابراین، چنین فیبرهای نوری به طور گسترده در سراسر جهان برای انتقال نور در محدوده های طیفی مختلف – از مادون قرمز تا محدوده نور مرئی استفاده می شود. نور ماوراء بنفش اما طول موج کوتاه تری دارد و بنابراین به شدت توسط شیشه ای که در اکثر انواع فیبرهای نوری استفاده می شود جذب می شود و فیبرها به سرعت توسط نور UV آسیب می بینند.
در موسسه ماکس پلانک برای علم نور (MPL) در ارلانگن، آزمایش‌هایی با انواع دیگر فیبر نوری برای چند سال انجام شده است. اکنون مشخص شده است که نوع خاصی از فیبرنوری برای نور فرابنفش مناسب است: یک فیبر کریستال فوتونی ریزساختار (PCF) با ساختاری به اصطلاح “کاگوم” – یک الگوی خاص متشکل از مثلث ها و شش ضلعی ها در یک آرایش منظم – و یک هسته توخالی به قطر ۲۰ میکرومتر.
این هسته هدایت تک حالته نور را تضمین می کند – یعنی با توزیع شدت فضایی شبیه به شکل یک منحنی زنگی شکل گاوسی.
سوال مهم این بود که آیا این حمل و نقل واقعاً تک حالته و بدون آسیب است و این چیزی است که کارشناسان مترولوژی موسسه QUEST در PTB باید کشف می کردند. بررسی های آنها نشان داده است که در مورد پرتو UV استفاده شده، با طول موج ۲۸۰ نانومتر، امکان انتقال تک حالته وجود دارد و حتی پس از بیش از ۱۰۰ ساعت کارکرد با توان ۱۵ مگاوات، هیچ آسیب ناشی از UV نمی تواند باشد. شناسایی شود.
فیبرهای نوری حتی اولین آزمایش کاربردی را گذرانده اند: محققان موسسه QUEST با موفقیت از آنها برای بررسی های طیف سنجی خود بر روی یون های به دام افتاده استفاده کرده اند. پرتو لیزر UV که توسط فیبر جدید تثبیت شده است، امکان بررسی بهبود وضعیت داخلی یون ها را فراهم می کند.
علاوه بر استفاده کنندگان از چنین روش های طیف سنجی (مثلاً در نجوم، شیمی یا تحقیقات بنیادی در فیزیک)، این می تواند برای محققانی که در حال توسعه رایانه های کوانتومی هستند نیز مفید باشد.
