הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

8.4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/53326

⸱

20 באפריל 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, 2Institute of Photonics and Optical Science, School of Physics, University of Sydney, 3Center for Ultrahigh Bandwidth Devices for Optical Systems, School of Physics, University of Sydney, 4Australian Astronomical Observatory

במאמר זה

סיכום

אנו מתארים טכניקה לחריטת סורגי בראג סיבים זהים לכל ליבה של סיב מרובה ליבות. זה מושג על ידי הכנסת משטח נוסף לנתיב האופטי כדי להפחית את העדשה על ידי המשטח המעוקל של חיפוי הסיבים.

תקציר

סורגי בראג סיבים מרובי ליבות יכולים לשמש כמסננים קומפקטיים וחזקים ביישומים אסטרונומיים ואחרים ומחקריים ומסחריים. דיכוי חזק באורך גל יחיד דורש שלכל הליבות יהיו פרופילי שידור תואמים. לא ניתן לרשום סורגים אלה באותה שיטה כמו לסיבים חד-ליבתיים מכיוון שהמשטח המעוקל של החיפוי פועל כעדשה, ממקד את קרן הלייזר ה-UV הנכנסת וגורם לשינויים בחשיפה בין הליבות. לכן אנו משתמשים באלמנט אופטי נוסף כדי להבטיח שצורת הקרן לא תשתנה בזמן שהיא עוברת דרך חתך הסיב הרב-ליבתי. זה מורכב מצינור נימי זכוכית שעבר ליטוש שטוח בצד אחד, אשר מונח לאחר מכן מעל קטע הסיב שיש לחרוט. קרן הלייזר נכנסת לסיב דרך המשטח השטוח של צינור הנימים ולכן שומרת על מידותיה המקוריות. מאמר זה מדגים את השיפורים באחידות הליבה לליבה עבור סיב בעל 7 ליבות בשיטה זו. ניתן להכליל את הטכניקה לסיבים מרובי ליבות גדולים יותר.

מבוא

Gratings בראג הסיבים (FBGs) נמצא בשימוש נרחב כמו מסנני צר בשל העובדה שהם יכולים להיות מותאמים אישית עבור מספר רב של יישומי 1. הם אינם מוגבלים דיכוי אורכי גל יחיד; ספקטרום שידור מורכב ניתן ליצור על ידי שימוש וריאציות קדם שבירת aperiodic 2. מגבלה אחת היא כי FBGs יכול להיכתב רק בסיבים במצב יחיד (SMFs), כמו אורך הגל כי הוא מורחק לתקופה צורמת ניתנת תלוי מתמיד התפשטות. בשנת סיב multimode (MMF), כאשר כל מצב יש קבוע התפשטות שונה, אורך הגל המורחק עבור כל מצב שונה ומכאן הסורג אינו נותן דיכוי חזק בכל אורך גל יחיד.

דחף הניסוי הזה מגיע אסטרונומיה. בתנאי ראייה מוגבלת, צימוד ישיר לתוך SMF קשה ולא יעיל; אופטיקה אדפטיבית קיצונית נדרשת לעשות זאת 3. בגלל זה, MMFs הם typically המשמש בעת איסוף האור מן המוקד טלסקופ המטוס 4. לכן על מנת לשמור על פונקציונליות זמינה רק SMFs, זה הכרחי כדי לקבל המרה יעילה בין SMFs ו MMFs. זה מתאפשר עם פנס פוטוניים, מכשיר אשר מורכב של נמל multimode מחובר מערך של SMFs דרך מעבר להתחדד 5. פנסים פוטוניים שימשו המכשיר גנוסיס, שבו SMFs הכלול FBGs להסיר קווי פליטה אטמוספרי (הנגרם על ידי רדיקלים OH ומולקולות אחרות) מתצפיות האינפרה-אדום הקרוב 6. החסרונות של שימוש יחידה, בעל ליבה האחת SMFs למשימה זו הם כי הם חייבים להיות כתובים בזו אחר זו שחבור בנפרד לתוך הרכבת האופטית, הדורשים זמן משמעותי ומאמץ ידני. הטכניקה המתוארת במאמר זה מנסה להתמודד הליקויים הללו באמצעות פורמט סיבים מורכב יותר כדי לספק את הפונקציונליות במצב היחיד.

הדור הבא suppr OHמכשיר ession פרקסיס 7 יעשה שימוש סיבים מרובי ליבות (MCFs). סיבים אלו מכילים מספר הליבות חד moded מוטבעות חיפוי יחיד. היתרון של גישה זו הוא כי MCF יכול להיות מופחת בהדרגה לתוך MMF עם פנס פוטוניים וכתוצאה מכך להיות יחידה קומפקטית וחזקה עצמאית. בשנת המכשיר הושלם, אור מהטלסקופ יהיה מצמידים ליציאת MMF של הפנס; המעבר להתחדד יפריד האור הזה לתוך ליבותיהם במצב היחיד שבו הוא יעבור דרך FBGs. לאחר הגל לסנן את האור שנותר הוא מפוזר על גלאי, הספקטרום שנאסף.

גם שימוש MCFs מאיץ את התהליך לגדרות כתיבה, כמו כל הליבות יכולות להיות רשומות על אחת לעבור. עם זאת, תהליך הכתיבה חייב להיות שונה על מנת להבטיח כי כל הליבות יש אותם מאפייני ההשתקפות. הסיבה לכך היא כי פני השטח המעוגלים של החיפוי פועל כעדשה במהלך כתיבת צדי FBGs, המילulting בשדה UV אשר משתנה בשלטון וכיוון בכל ליבה אם שיטת הכתיבה בצד הסטנדרטית משמשת. לפיכך כל ליבה תהיה פרופיל שידור שונה, של הסיבים לא יספקו דיכוי חזק באורך גל יחיד 8.

קבוצה במעבדת המחקר של צי ניסויים עם שינוי ההפצה הרגישה של ליבות לבטל את ההשפעות של וריאציה זו 9. החסרון של שימוש בגישה כזאת כי הסיבים חייבים להיות מעוצבים מחדש עבור כל שילוב של גודל החיפוי, גודל ליבה, מספר ליבות ואת ההרכב כימי. בנוסף, חוסר סימטריה צירית את העיצובים וכתוצאה כלומר MCF לא יכול להיות מופחת בהדרגה, ביעילות לתוך MMF עם גרעין עגול. נייר זה מפרט גישה שונה לבעיה: שינוי בתחום בתוך הסיב לפי שיש בו לעבור משטח שטוח במקום להיות אירוע ישירות על החיפוי המעוקל. בגישה זו התוצאה היאהטכניקה שבה הוא ניתן להעברה במגוון עיצובים MCF וגדלים, במיוחד סיבי סימטרי axially שבה נרצה לשלב פנסים פוטוניים.

כדי ליצור את המשטח השטוח הצורך, MCF ממוקם בתוך צינור נימי UV שקוף אשר נטחן ומלוטש מצד אחד לתת קיר חיצוני שטוח. פער קטן יש להשאיר בין הסיב נימי, שכן הלה עשוי להכיל ± 10 מיקרומטר וריאציות קוטר. ראה איור 1 עבור ייצוג. מאמר זה יתאר את הליך הניסוי לכתוב FBGs בצורה זו ולספק דוגמאות של השיפורים האפשריים. לפרטים נוספים, ראה הדמיות שפורסמו בעבר 10 ואת תוצאות ניסוי 11.

figure-introduction-1
תרשים איור 1. של צינור נימי מלוטש כפי שמוצג במוצר FBGהיון. MCF ממוקם בתוך צינור הנימים. הפער בין שתי צריך להיות קטן אבל לאפשר וריאציות קטנות קוטר. אור UV אשר עבר דרך מסכת השלב ואז נכנס למערכת דרך הצד השטוח של צינור הנימים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת מלוטש נימי צינורות (ANFF OptoFab)

  1. השג צינורות זכוכית נימים עם קוטר פנימי הדוק מתאים בקוטר סיבים. ככל בגודל, טוב יותר את הביצועים, אך להבטיח כי וריאציה ± 10 מיקרומטר בגודל נימים מותרות. הסר ציפוי מגן מן הצינורות נימי. לגלח ציפוי עם סכין גילוח כדי להסיר אותם מבלי לפגוע הצינורות.
  2. להתחדד צינורות נימי קוטר קטן יותר במידת הצורך. השתמש מכונת התחדדות אוטומטית מבוקרת מחשב אם זמין.
    1. Secure באורך של צינורות עם מהדק בשני קצותיו.
    2. מחמם את נימי נקודת התכה שווה סביב קוטרו באמצעות חוט להט חם הממוקם בין מלחציים.
    3. צייר את נימי דרך גוף החימום עם מתח מתמיד עד האורך הרצוי כבר קונים לקוטר הקטן יותר.
  3. חותך את צינור הנימים לתוך wi השווה כ האורכיםth כלי חיתוך זכוכית. ודא כי אלו הם לפחות 2 ס"מ יותר אורך צורמת מיועד אך קטן מספיק כדי להתאים בתוך ציוד ליטוש בשימוש. הערה: לצורך ניסוי זה, באורך נימים של 7 סנטימטר היה בשימוש.
  4. צרף 8-10 של אורכי נימי דיסקוס זכוכית באמצעות דבק UV- לריפוי. התקן את הדיסקית על לנענע תואם עם המכונית לחיכה / ליטוש.
  5. השתמש מכונית לחיכה / ליטוש לטחון את הקירות החשופים של צינורות נימים על משטח שטוח. זהירות: אין לשאוף חצץ רופף. הערה: האלמנט השוחק הוא אל 2 O 3 להשעייה של מים מטוהרים אוסמוזה ההפוכה.
    1. השתמש 25 מיקרומטר חצץ עד עובי הנותרים של קיר הנימים הוא כ 70 מיקרומטר. השתמש מיקרומטר למדוד התזוזה של לנענע במהלך שחיקה ומכאן הסכום שהוסר.
    2. Switch to 5 חצץ מיקרומטר וטוחנים עד עובי הנותרים של הקיר הוא כ 50 מיקרומטר.
  6. השתמש מכונת לחיכה / ליטוש כדי למרק את משטח שטוח לפחות 3 שעות עם סיליקה colloidal טוהר גבוהה בפזורה אלקליין (NaOH). הערה: זה משחזר את השטח כדי איכות אופטית. סיליקה ניתן למנוע לחיזוק על ידי הוספת 1 חלק 0.004 M NaOH עד 3 חלקים ליטוש פתרון.
  7. הפרד את צינורות נימים מן הדיסקוס מחזיק ידי השריית לילה אצטון.
  8. בדוק את צינורות הנימים בשני קצותיו תחת מיקרוסקופ עם הגדלה 10X לבדוק את עובי הקיר. הערה: נימי באיכות טובה תהיה רזה אחיד קיר (~ 50 מיקרומטר) לאורכו.

2. יצירת Gratings

  1. Hydrogenate MCF להגדיל רגישות.
    1. מניח את הסיבים להיות מוקשה לתוך תא אטום אטום. זהירות: ודא החדר הוא מוברג היטב בשל נוכחותם של גזים בלחץ.
    2. משאבה גבוהה הטוהר H 2 ההחדרה. השתמש ב- N 2 גז כמו מגבר כדי להגביר את הלחץ.
    3. השאר סיבים בתוך החדר במשך תקופה ארוכה: 2 שבועות ב 300 טמפרטורה ברת וחדר, או 3 ימים 380 בר 80 ° C.
    4. Vent הגזים מהאולם להסיר את הסיבים. זהירות: ודא שהחדר מאוורר היטב. גזים עשויים לשמש asphyxiants, או סכנת שריפה במקרה של H 2.
    5. שמור הסיבים במקפיא עם טמפרטורה -70 ° C או מתחת עד שיימצא להם שימוש. זה מאט את קצב outgassing מימן ושומר על הרגישות המוגברת.
  2. להפשיט את הציפוי המגן מן MCF. הרצועה MCFs באותו הגודל כמו SMFs עם חשפנית סיבי SMF סטנדרטית; אחרת לגלח את הציפוי עם סכין גילוח. הסר את הציפוי מהאזור שבו הסורג הוא להיכתב, כל הדרך עד הסוף של הסיבים.
  3. הכנס את הקצה הפשיט של הסיבים לתוך צינור הנימים, והחלק את הצינור לאורך הסיבים כך שהוא מכסה את האזור b דואר חרוט.
  4. שים על משקפי UV-מגן. הר הסיבים על הבמה המרגשת המחזיקה את מסכת השלב, עם הצד השטוח של צינור נימי זוויתי כלפי מסכת השלב. ודא סיבים ממוקם בתוך תבנית ההתאבכות נוצר על ידי המסכה, אבל לא נוגע מסכה עצמה מאחר והדבר עלול לגרום נזק.
  5. יישר את ליזר 244 ננומטר כך שאלומת האור הוא בניצב לפני השטח השטוח של מסכת השלב. ודא כי סיב מקבל לפחות 90 mW של כוח לייזר.
  6. לחשוף באורך 4 ס"מ של סיבים תבנית ההתאבכות UV על ידי הזזת מסיכת סיבים שלב יחד ביחס אלומת האור הנכנסת בשיעור של 0.25 מ"מ / דקה.
  7. הסר את צינור הנימים מן הסיבים.
  8. לחשל הסורג ב 110 מעלות צלזיוס למשך 20 שעות כדי לייצב את תגובת הגל. הערה: שלב זה הוא אופציונלי כמו הסורג יתייצב בפני עצמו במשך כשלושה ימים, אך חישול עושה את התהליך מהר יותר.
e_title "> 3. ניתוח של ספקטרה

  1. קליב שני הקצוות של הסיבים. השתמש קופיץ סיבים המאפשר למשתמש להגדיר הוא בקוטר סיבים ומתח כדי להבטיח משטח קצה שטוח.
  2. להאיר את קצה אחד של סיבים באמצעות לייזר מתכונן עם אורך גל מרכזי כ התואמים את אורך הגל בראג.
  3. חבר מצלמת CCD למחשב עם תוכנת בקרה כדי להציג ולהקליט את פלט הסיבים. תמונת פלט הסיבים עם מצלמת CCD, באמצעות עדשה אובייקטיבית מיקרוסקופ עם 50X הגדלה מול המצלמה על מנת להבטיח כי כל הליבות לכסות פיקסלים CCD מרובים. הערה: ביצוע שלבי 3.4.1 - 3.5.5 ספציפיים התוכנה המותאמת אישית שמוצגת הכותבים מייצגים רק שיטה אחת של לכידת ספקטרום.
    1. בחר אזור חוזר של פיקסלים המתאים לכל אחד ליבה על ידי לחיצה על מרכזי ליבות כפי שהם מופיעים בתמונה בתוכנת השליטה. הזן את הקוטר של הליבות ביחידות של פיקסלים 'האורך או הקוטר &# 39; שדה.
    2. רשום את ערכי הפיקסלים שנרשמו על-ידי המצלמה עבור האזורים הנבחרים. לסכם את הערכים עבור כל הפיקסלים מכסי ליבה שניתן לכמת את התפוקה הכוללת באורך גל זה.
  4. חבר את הליזר מתכונן למחשב השליטה, כך תצפיות ואיסוף נתונים יכולים להיות אוטומטיים.
    1. זן גל כ 5 ננומטר מתחת הגל בראג בשדה 'אורך הגל התחל ".
    2. הגדר את תוספת אורך הגל של הלייזר 0.01 ננומטר ב 'סריקה - שלב' שדה. הערה: לכוון את זמן ההשהיה בין צעדים לפחות 300 msec כך lasing כי הוא יציב בכל אורך גל לפני מדידות נרשמות וצעד הגל הבא מתרחש.
    3. זן גל כ 5 ננומטר יותר מאורך הגל בראג בשדה 'אורך גל סוף'.
    4. לחצו על כפתור 'אוטומטי סרוק "כדי להגדיר את לייזר כדי הגל התחל מוגדר ולהגדיל את אורך הגל על ​​ידי תוספת שנבחרו reguמרווחי זמן Lar.
    5. רשום את עוצמת המועבר דרך כל ליבה לכל שלב גל. יצא את הערכים מחושבים קובץ טקסט על ידי הפעלת 'קובץ הטקסט שמור' אפשרות.
  5. חזור על הסריקה לפחות 3 פעמים בממוצע את הנתונים מכל הריצות.
  6. מגרש מועבר כוח מול גל עבור כל ליבה כדי לייצר סדרה של ספקטרה.
    1. שקול את הספקטרום של כל הליבות לאשר אם יש להם את אותם מאפייני הדיכוי. בדקו את אורך הגל, העומק ורוחב הפס המרכזי של כל משחק צורם.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

האפקטיבי של הטכניקה הזו באה לידי ביטוי הטוב ביותר על ידי השוואת gratings בראג הסיבים המרובים ליבות (MCFBGs) כי לנבוע מחשיפה עם ובלי הנימים. איור 2 מראה את מאפייני השידור של 7 ליבות MCF חשוף באמצעות השיטה הסטנדרטית SMFs, עם פרט ספקטרה ליבה מיוצגת על ידי צבעים שונים. יש חפיפה מינימאלית בין אורכי הגל המודחקים, ואת הליבה # 5 קבלה חשיפה חלשה וכתוצאה מכך חריץ רדוד. תופעות שניהם עקב שינויים בשלטון בתוך הסיב במהלך תהליך הכתיבה. ראוי לציין,...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

איורים 2 ו -3 יחד מראים כי החדרת צינור נימי המלוטשים (PCT) בעת כתיבה לגדר מספיקה כדי לשפר את האחידות של ספקטרה ליבת MCFBG. שאר תהליך הכתובת במידה רבה ללא שינוי משיטות הוקמו ליצירה לגדרות SMF וניתן להשתמש בו עם רוב מערכות כתיבת FBG קיימים. לפיכך הכנת PCTs כפי שמתואר בסעיף 2 של הפרוטוקול הוא קריטי ביותר לשיפור אחיד MCFBG. התוצאות הטובות ביותר מושגות עם צינורות שבו הקיר המלוטש בעל עובי עקבי, קטן; עובי 50 מיקרומטר נבחר כאן נותן פשרה בין שמירה על החוזק...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

מעבדות SAIL ממומנות באמצעות מלגת הזוכה האוסטרלית של JBH ממועצת המחקר האוסטרלית.

מחקר זה נתמך על ידי מרכז המצוינות של מועצת המחקר האוסטרלית להתקני רוחב פס אולטרה-גבוה למערכות אופטיות (מספר פרויקט CE110001018).

העבודה הניסיונית בוצעה בחלקה בצומת OptoFab של מתקן הייצור הלאומי האוסטרלי, תוך שימוש במימון NCRIS וממשלת מדינת ניו סאות' ויילס. שירותי הידרוגנציה של סיבים ניתנו על ידי TE Connectivity ברדפרן. SLS רוצה להודות למעבדת האופטיקה והאלקטרוניקה, פוג'יקורה בע"מ, יפן על אספקת סיב 7 הליבות ששימש בניסוי זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
סיבים מרובי ליבותפוג'יקורה בע"מ7 ליבות בקוטר 5.5  ומיקרו; M, הפרדת ליבה 35  ומיקרו; M, מסודר בצורת משושה בתוך 125 ומיקרו; חיפוי m, NA = 0.177
מכונת התחדדות זכוכיתVytranGPX-3000
לייזר UVקוהרנטי300 FreD Innovaתדר הוכפל 244  ננומטר, פלט של 150 mW לפחות. זהירות: נזק לעיניים; ללבוש משקפי מגן מתאימים
מסכת שלבLasirisPM-244-1069.50-50.8רכיב מותאם אישית, תקופת סורג 1069.50 ננומטר, עובי 5.08 מ"מ
צינורות נימייםפולימיקרוTSP200794קוטר פנימי 200 ומיקרו; M, קוטר חיצוני 794 ומיקרו; m
מכונת חיפויLogitechPM5מטחנה/מלטש משולב
דבק הניתן לריפוי UVNorlandNOA-61מרפא במהירות, נשלף עם אצטון
MicrogritEminessAl2O3: 25 µ M ו-5 ומיקרו; m גודל חלקיקים
נוזל ליטושEminessULTRA-SOL 500SSF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 גל
נתרן הידרוקסיד0.004  M
קליבר סיביםVytranLDC-400
לייזר מתכוונןJDS חד פאזיSWS15101
מצלמת IRXenicsXEVA-1429320x256 פיקסלים, רזולוציה של 16 סיביות
תנורThermoline ScientificLDO-030Nלחישול ב T = 110  ° C
גז מימןBOCלסיבים מוקשים. זהירות: גז דליק בלחץ
מאיץ BOCגז חנקןלהידרוגנציה. זהירות:
סכיני
אצטון
גילוח גז בלחץ

מקורות

  1. Othonos, A. Fiber Bragg gratings. Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4309-4341 (1997).
  2. Bland-Hawthorn, J., Englund, M., Edvell, G. New approach to atmospheric OH suppression using an aperiodic fiber Bragg grating. Opt. Express. 12 (24), 5902-5909 (2004).
  3. Jovanovic, N., Guyon, O., Martinache, F., Schwab, C., Cvetojevic, N. How to inject light efficiently into single-mode fibers. Proc. SPIE. 9147, 91477P(2014).
  4. Bland-Hawthorn, J., et al. A complex multi-notch astronomical filter to suppress the bright infrared sky. Nat. Comm. 2, 581(2011).
  5. Leon-Saval, S. G., Argyros, A., Bland-Hawthorn, J. Photonic lanterns. Opt. Express. 18 (8), 8430-8439 (2010).
  6. Trinh, C. Q., et al. GNOSIS: the first instrument to use fiber Bragg gratings for OH suppression. Astron. J. 145 (2), 51(2013).
  7. Content, R., et al. PRAXIS: low thermal emission high efficiency OH suppressed fiber spectrograph. Proc. SPIE. 9151, 91514W(2014).
  8. Birks, T. A., Mangan, B. J., Dìez, A., Cruz, J. L., Murphy, D. F. Photonic lantern' spectral filters in multi-core fiber. Opt. Express. 20 (13), 13996-14008 (2012).
  9. Askins, C., et al. Inscription of fiber Bragg gratings in multicore fiber. BGPP. , JWA39(2007).
  10. Lindley, E., et al. Core-to-core uniformity improvement in multicore fiber Bragg gratings. Proc. SPIE. 9151, 91515F(2014).
  11. Lindley, E., et al. Demonstration of uniform multicore fiber Bragg gratings. Opt. Express. 22 (25), 31575-31581 (2014).
  12. Tomaru, S., Yasu, M., Kawachi, M., Edahiro, T. V. A. D. VAD single-mode fiber with 0.2 dB/km loss. Elec. Lett. 17 (2), 93-93 (1981).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Fiber Bragg GratingsUV
כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.