Stiklo skaidulose sukūrus papildomas vidines struktūras gaunami visiškai naujas savybes turintys šviesolaidžiai. Juose, pavyzdžiui, šviesa sklinda tiktai skaidulos viduryje esančia skyle.

   Fotoninių kristalų idėja atvėrė naujas optinių skaidulų kūrimo galimybes. Tradicinėse skaidulose šviesos ribojimas vyksta dėl visiško vidaus atspindžio tarp didelį lūžio rodiklį turinčios šerdies ir mažesnio lūžio rodiklio apvalkalo. Skaidulų parametrus galima gerinti keičiant medžiagas, iš kurių pagaminta šerdis ar apvalkalas, modifikuojant šias dalis skiriančią ribą, įvedant papildomus sluoksnius, bet tokio keitimo galimybės gana ribotos. Daug daugiau jų atsiranda, kai skaidulose sudaromi vidiniai mikrodariniai; šitaip kuriamos naujų rūšių skaidulos, vadinamos skylėtosiomis, arba fotoninių kristalų skaidulomis.

   Skaidulų su mikrodariniais parametrai labai skiriasi nuo tradicinių skaidulų. Vienos rūšies skylėtosiose skaidulose šviesa sklinda tuščiavidure šerdimi, kas neįmanoma tradicinėse skaidulose, kurios šerdies lūžio rodiklis būtinai privalo viršyti apvalkalo lūžio rodiklį. Potencialiai tokios skaidulos gali turėti labai nedidelių nuostolių ir mažą chromatinę dispersiją. Kitų tipų skaiduloms būdingos kitos specialios savybės. Kai kurios jų gali perduoti įvairių bangos ilgių šviesą viena moda, nors jų šerdys yra daug didesnio nei kitose skaidulose skersmens. Dar kitose konstrukcijose šviesa sukoncentruojama labai mažame efektiniame plote, todėl labai padidėja visi netiesiški optiniai reiškiniai, kurie naudojami įvairiuose prietaisuose. Ši technologija yra labai jauna, todėl kasdien sužinoma apie vis naujas jos galimybes.

Fotoninė draustinė juosta

   Visų šių naujųjų skaidulų svarbiausia idėja yra fotoninė draustinė juosta - sritis, kuri neleidžia dariniu sklisti tam tikrų bangos ilgių šviesai. Fotoninės draustinės juostos yra analogiškos elektronų draustinėms juostoms puslaidininkiuose, neleidžiančioms medžiaga judėti neturintiems tam tikros energijos elektronams. Elektronų draustinė juosta atskiria valentinės juostos būsenas užimančius elektronus (tuos, kurie sudaro jungtis tarp medžiagos atomų) ir laidumo juostos elektronus (pernešančius puslaidininkiu tekančią elektros srovę).

   Fotoninė draustinė juosta atsiranda dėl šviesos bangų sąveikos su optinėje medžiagoje sudarytais mikrodariniais. Paprasčiausias pavyzdys yra iš dviejų skaidrių, kurių skirtingas lūžio rodiklis, medžiagų besikaitaliojančių sluoksnių sudarytas darinys. Atspindžiai nuo skirtingus sluoksnius skiriančių ribų išsklaido tam tikrų bangos ilgių šviesą, todėl jai neleidžiama sklisti medžiaga. Šitaip fotoninė draustinė juosta gali apriboti šviesos sklidimą ir leisti jai sklisti tik tam tikrais sluoksniais. 1 pav. parodyta dvimatė fotoninės draustinės juostos medžiaga, kurioje trijų grupių sluoksniai kertasi skirtingais kampais ir neleidžia patekti į darinį krintančiai tam tikrais kampais šviesai.

   Tikroje fotoninės draustinės juostos skaiduloje tokia įmantri struktūra apriboja šviesą radialia kryptimi ir priverčia ją sklisti išilgai skaidulos. Skaidulą sudaro fotoninės draustinės juostos medžiagos cilindras, panašus į parodytąjį 1 pav., supantis centre esančią skylę ar kitokią sritį, kuria sklinda šviesa. Tarpusavyje besikertantys sluoksniai sukuria raštą, panašų į tvarkingai išsidėsčiusių skylių matricą, bet praktiškai visa tai yra besitęsiančių per visą skaidulos ilgį ir sudarančių dvimatį fotoninį kristalą lygiagrečių kiaurymių rinkinys. Tokios medžiagos savybės labai priklauso nuo kiaurymių dydžio ir atstumo tarp jų.

   Kaip ir tradicinėse skaidulose, šviesos ribojimui reikalingos dviejų rūšių medžiagos: pats fotoninis kristalas tarnauja kaip apvalkalas, o šerdžiai reikalingos medžiagos su kitokia struktūra. Viena šerdies sukūrimo galimybė yra sudaryti centre tuštumą. Kita galimybė - sritis su skirtinga mikrostruktūra arba skirtingu skylių raštu. Visos tokios skaidulos vadinamos fotoninių kristalų skaidulomis, nors vidurinėje šerdyje, kalbant tiksliai, gali būti ir vientisa, be skylių medžiaga.

   Skylėtosios skaidulos gaminamos naudojant metodus, panašius į senesnes technologijas, taikytas traukiant sulydytų skaidulų ryšulius, skirtus vaizdų perdavimui. Ryšulių technologija susideda iš kelių svarbiausių etapų. Pradžioje kartu sukraunami ir sulydomi stiklo strypai, po to iš jų ištempiami sudėtiniai strypai, vadinami multiskaidulomis. Dar po to multiskaidulos vėl sudedamos kartu ir visi procesai dar kartą pakartojami, kol atsiranda nemažas stiklo blokas.

   Skirtingai nuo to, skylėtųjų skaidulų gamyba pradedama nuo sudėjimo į ryšulius tuščiavidurių vamzdelių, po to iš jų ištemptame ryšulyje visos kiaurymės išlieka. Taip pat galima naudoti stiklo strypus, tarp jų specialiai paliekant tarpus. Skaidulos ištempiamos kartu ir gaunamas sudėtinis strypas, kuris vėliau dedamas į vieną krūvą su kitais panašiais strypais ir dar kartą ištempiamas į ploną skaidulą. Tarpuose esantis oras neišstumiamas, todėl kiaurymės lieka atviros. Tempiant skaidulos skersmuo praktiškai gali sumažėti apie 10 000 kartų, o nusidriekiančios kiaurymės per visą skaidulos ilgį gali būti vos 25 nm skersmens.

   Sukurta nemažai technologijos variantų, tačiau patys svarbiausi iš jų yra du: skaidulos su tuščiavidurėmis ir pilnavidurėmis šerdimis.

Tuščiavidurės šerdies skaidulos

   Tradicinėse skaidulose šviesa tuščiavidure šerdimi - optiniu metalinių mikrobangų bangolaidžių atitikmeniu - sklisti negali, nes visiškas vidaus atspindys būna tada, kai šerdies lūžio rodiklis viršija apvalkalo lūžio rodiklį. Tačiau fotoninių kristalų skaidulose šviesa ribojama netgi tada, kai jų šerdis būna tuščiavidurė.

   2 pav. parodyta, kaip šviesa ribojama tuščiavidurėje fotoninio kristalo skaiduloje. Jei tinkamai parenkama struktūra, atspindžiai nuo šerdį supančių sluoksnių šviesai sklindant į skaidulos vidurį konstruktyviai interferuoja ir sukoncentruoja šviesą tuščioje šerdyje. Kita vertus, sklindanti į skaidulos kraštus šviesa slopinama. Galiausiai gaunamas šviesos ribojimas tuščioje skaidulos šerdyje - toks efektas įmanomas tiktai turint fotoninį kristalą, ribojantį šviesą mažo lūžio rodiklio srityje. Tai - tikrosios fotoninių kristalų skaidulos.

   Šviesos sklidimas priklauso nuo darinyje vykstančių rezonanso reiškinių, ribojančių tam tikrų bangos ilgių šviesą, bet nedarančių įtakos kitų bangos ilgių šviesos sklidimui. Batho universitete (Anglija) atliktais eksperimentais įrodyta, kad praėjimo spektre yra mažo slopinimo smailių, atskirtų sričių su daug didesniu slopinimu, seka. Kitas šio darinio sąlygojamas reiškinys yra tas, kad tuščiavidure šerdimi sklinda tiktai viena moda, nors šerdies skersmuo šiuo atveju daug didesnis negu normaliose vienmodėse skaidulose.

   Tuščiavidurės šerdies skaidulos gaminamos ištempiant iš vamzdelių sudarytus ryšulius prieš tai išėmus vidurinįjį vamzdelį. Eksperimentai parodė, kad pašalinti tik vieną centrinį vamzdelį nepakanka. Kad sklistų tik viena moda, reikia pašalinti bent septynis šerdies vamzdelius. Jeigu pašalinama daugiau vamzdelių, skaidula pasidaro daugiamodė.

   Tuščiavidurės šerdies fotoninių kristalų skaidulos yra gana patrauklios telekomunikacijoms. Šviesą perduodant ne stiklu, bet oru, galima tikėtis labai nedidelio dispersijos lygio ir mažų netiesiškų efektų. Tuščiavidurės šerdies skaidulos taip pat turėtų labai nedaug slopinti šviesą. Įvairios skaidulų su mažomis skaidulomis atmainos gali būti naudojamos koncentruojant šviesą ir sustiprinant jos netiesišką optinę sąveiką su šerdyje įtaisyta medžiaga, pavyzdžiui, kuriant šviesos harmonikų generatorius arba Ramano stiprintuvus.

Koaksinio bangolaidžio skaidulos

   Fotoninė draustinė juosta taip pat gali būti panaudojama kuriant optinį koaksinio kabelio analogą. Ši idėja kilo Massachusetso technologijos institute (MIT, JAV) atlikus bandymus, kurie parodė, jog daugiasluoksniai fotoninės draustinės juostos dariniai gali būti naudojami kaip veidrodžiai, atspindintys visais kampais į juos krintančią šviesą. Po to mokslininkai sumanė susukti tokį darinį į cilindrą, o į jį įdėti strypą iš fotoninę draustinę juostą turinčios medžiagos.

   Teorinė analizė parodė, kad toks darinys gali perduoti šviesą taip, kaip koaksiniame kabelyje perduodamos radijo bangos. Mokslininkai pabrėžė, kad koaksinis darinys turi du svarbius pranašumus prieš tradicines skaidulas. Vienas jų - tai nejautrumas šviesos poliarizacijai, atsirandantis dėl koaksinio "visolaidžio" pagrindinės modos radialinės simetrijos. Antras pranašumas yra sugebėjimas perduoti šviesą per žymiai aštresnius posūkius nei tradicinės skaidulos. Bet iki šiol apie tokių skaidulų prototipus dar nebuvo girdėti.

Pilnavidurės skylėtosios skaidulos

   Kitų fotoninių kristalų skaidulų šerdys yra pilnavidurės. Jos skirstomos į dvi bendras kategorijas: kai šviesos ribojimui naudojamas tikras fotoninio kristalo darinys ir kai skaidula veikia panašiai kaip tradicinės, besiremiančios visišku vidaus atspindžiu, skaidulos. Skirtumą galima pademonstruoti žiūrint efektinį medžiagos lūžio rodiklį, suvidurkinamą per kietą stiklą ir jame esančias kiaurymes. Kuo didesnį skylės užima tūrį, tuo mažesnis būna efektinis lūžio rodiklis. Taigi, jeigu skylėtosios skaidulos šerdis yra pilnavidurė, tai ir efektinis skylėtojo apvalkalo lūžio rodiklis bus mažesnis nei ištisinės šerdies, o pati skaidula - tradicinės visiško vidaus atspindžio tipo skaidulos modifikacija. Jei šerdyje kiaurymių yra mažiau, jos efektinis lūžio rodiklis irgi mažesnis, o šviesos ribojimas priklauso nuo fotoninės draustinės juostos.

   Struktūriniai skirtumai gerai matyti 3 pav. Tuščiavidurės šerdies skaidula (viršuje) ištempta iš tuščiavidurių vamzdelių ryšulio, centre turinčio heksagoninę ertmę, likusią pašalinus septynis vidurinius vamzdelius. Šios skaidulos pranašumas yra tas, kad šviesa gali sklisti oru, kuriame dispersija ir netiesiški efektai būna nežymūs. Visiško vidaus atspindžio darinio (apačioje) šerdį sudaro ištisinės medžiagos blokas, apsuptas skylėta medžiaga, kurios efektinis lūžio rodiklis yra mažesnis, todėl lūžio rodiklių skirtumas riboja šviesos sklidimą vien šerdimi. Abu dariniai pagaminti iš stiklo, tačiau jų vidinė struktūra gali būti tokia, jog gali atsirasti savybių, kurios visai nebūdingos tradicinėms skaiduloms. Galimi įvairiausi tų savybių variantai.

   Pilnavidurės šerdies skaidulose šviesa sklinda viena moda daug didesnio nei įprastai skersmens šerdimi, nes šiuo atveju vienmodė veika apsprendžiama vien skaidulos darinio geometrija. Vienu iš pirmųjų eksperimentų mokslininkai perdavė 458 nm bangos ilgio mėlyną šviesą 22 µm skersmens šerdimi - šiuo atveju efektinis šerdies skerspjūvio plotas buvo apie 20 kartų didesnis nei tradicinėse vienmodėse skaidulose. Šiose skaidulose kiaurymės palyginti yra mažos, todėl pagrindinę skerspjūvio dalį užima stiklas. Skaidulos su didesnėmis kiaurymėmis gali turėti didelę dispersiją, todėl jos tiks kompensuojant ir valdant tradicinėse skaidulose atsirandančią dispersiją.

   Kitu atveju pilnavidurė šerdis gali būti pakabinama viduryje savotiškų grotelių, kurių skerspjūvis atrodo kaip voratinklis. Ji primena ploną kybančią ore stiklo skaidulą. Tinkamai parinkus konstrukciją nulinės dispersijos tašką galima slankioti plačioje spektro srityje, o tai labai svarbu kontroliuojant ryšių linijose atsirandančią dispersiją.

   Naudojant kitokį kiaurymių raštą efektinis skylėtosios skaidulos skerspjūvio plotas gali sumažėti iki 1 µm². Tokiuose mažuose skerspjūviuose galima labai tiksliai sukoncentruoti šviesos galią ir labai sustiprinti stikle vykstančius netiesinius reiškinius, todėl netiesiniai optiniai prietaisai iš skylėtųjų skaidulų bus nuo 10 iki 100 kartų trumpesni negu tradicines skaidulas naudojantys prietaisai.

Jaunos technikos srities ateitis

   Kaip ir kiekviena nauja technologija, skylėtosios skaidulos lydimos daug pažadų ir netikrumo. Teoretikai ir eksperimentatoriai vis pateikia naujų svarbių rezultatų.

   Fotoninių kristalų skaidulos atveria kelią daugeliui naujų skaidulinės optikos taikymų. Bet technologija ką tik atsirado ir eksperimentiškai buvo patikrinta vos keliose laboratorijose. Iš to jau galima matyti, kad skylėtosios skaidulos turi visiškai kitokias savybes nei tradicinės.