我々は、手法について述べるその場 Asの先細り 2 S 3繊維を効率的中間赤外線スーパーコンティニューム生成を達成する。スーパーコンティニウムのスペクトルをモニタしながら先細りにより、スペクトル幅がテーパファイバのために最大にすることができる。その場繊維を他の繊維ベースのデバイスの性能を最適化するために適用することができる。
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我々は、手法について述べるその場 Asの先細り 2 S 3繊維を効率的中間赤外線スーパーコンティニューム生成を達成する。スーパーコンティニウムのスペクトルをモニタしながら先細りにより、スペクトル幅がテーパファイバのために最大にすることができる。その場繊維を他の繊維ベースのデバイスの性能を最適化するために適用することができる。
テーパーカルコゲナイド繊維によるSUPERCONTINUUM世代(SCG)は、分子フィンガープリンティング、3微量ガス検出、4などのアプリケーションに中間赤外線(またはおよそ2-20μmの波長範囲、半ばIR)周波数コム1、2を広げるために望ましい高調波発生介してレーザー駆動粒子加速、5及びX線生産6は、テーパー付き光ファイバの効率的なSCGを達成するの冒頭群速度分散(GVD)と光パルスの時間的特性の正確な制御を必要とする繊維、テーパーの形状に強く依存する7。環境温度、またはスペクトル監視現場でファイバに結合力を、先細連続SCG実験-などの繊維長さなどのために先細りセットアップや手順のばらつきによる8、 SCGは、単一の実験に出力スペクトルを最適化する必要がある。
SCGための先細りの現場ファイバは、分光測定装置にテーパ状に光ファイバを介してポンプ光源を連結から成る。スペクトル測定信号をリアルタイムで観察しながら繊維は、その後先細になっている。信号がピークに達したときに、テーパが停止される。 in-situで先細りの手順では、市販されている近赤外周波数コムのサブハーモニックから安定した、オクターブスパニング、中赤外周波数コムの生成が可能になります。9この方法では、必要な時間と材料の削減によるコストを削減のみ2mmのウエスト長との最適なテーパを作製した。
インサイチュテーパ技術は、溶融ファイバカプラ12と、波長分割マルチプレクサ(WDMs)、13に対してMOFは、11最適テーパファイバ対の通過帯域の10またはチューニングSCGための微細構造光ファイバ(MOF)を最適に拡張することができる又は光パルスの圧縮または伸張のための分散補償を修正する。14-16
最初の1,7 SCG源は主に分光内のアプリケーションによって駆動、中赤外の方にシフトして可視波長範囲で生産されている。3後、硫化物、セレン、およびテルルを含む4カルコゲナイド繊維は、、のための普及した材料であったその低伝搬損失と高非線形性、18 2 S 3として未満で100デシベル/キロ19〜200倍、シリカのもの、20のために半ばIR それぞれ。しかし、ほとんどのカルコゲナイドの零GVD波長は、バルク材料や標準のシングルモード光ファイバカルコゲナイドで挑戦SCGを作って、使用可能な超高速ポンプ源の大半の中心波長を越えて、中赤外に位置しています。導波路分散は、SCGのためのゼロGVD点を修正するために使用することができる。強い導波路分散を導入するための7メソッドテーパファイバ、8、微細構造ファイバを用いた21、22-24又はを含む2であっても組み合わせが10ポンプ波長ゼロ以下GVD波長をシフトすることで、ポンプは繊維に異常分散を経験するでしょう。異常分散領域では、ソリトン形成は、自己位相変調とGVDによって生じる線形チャープによって生じる非線形チャープのバランスを介して行われます。フェムト秒ポンプ·ソース用、スペクトル広がりは通常パルスがファイバに沿って伝播する初期時間圧縮した後に発生するソリトン分裂またはパルスの破れ、によって支配されています。テーパーファイバーの場合7、両方の材料総含むGVDを計算し、導波路分散は、することができます大幅に広がったスペクトルを生成するために必要な最終的なテーパー径の近似を提供する。ファイバへのポンプのテーパ領域と結合する前に、繊維長の変更などの実験的試行、間GVDと変動に関するSCGの強い依存性があるため、計算された近似が十分でFはないまたは単一の試験で最適化されたテーパーを達成。スペクトル監視は、in-situで先細りにについて観測及び会計処理するための実験セットアップでこれらの変化を可能にします。
また、短いテーパファイバにおける効率スーパーコンティニウム(SC)を生成することの必要性で 、従って25-27適切な分散管理は、SCGのコヒーレンスを維持する非線形雑音増幅量とポンプ源の周波数コム特性を減少させ、テーパ現場 、長さの公差SCGスケールとして、繊維長が短い場合にさらに重要になる。
in-situで先細りセットアップは先細りになります2 Sとして3ファイバのコアに結合モードロックErドープファイバレーザ、9の低調波であるポンプ源、始まります。ファイバの出力は、スペクトルプロファイルを特徴付ける装置に結合されている。 experimで耳鼻咽喉科、分解能〜20nmのモノクロメータでは、ポンプ源(〜3.9程度で)からの非常に低い信号がファイバ中に監視することができるように、最初に存在する場合に出力スペクトルの一部を監視するために使用された後、InSbの検出器先細り。繊維は先細りであるテーパ状であり、スペクトルが広がるときに、分散液として、分光測定信号増加は、個々の実験のために最適化されている。スペクトルの広がりが最大されていた瞬間に停止することができるテーパー、テーパー手順中にスペクトルを監視することによって。 その場先細りは単繊維テーパーで効率的SCGために最適化された分散管理を可能にします。静的で先細り、狭いヒートゾーンは、低ノイズSCG可能に短繊維テーパー腰、28を生成します。一緒に、in-situで先細り静的半ばIRにおけるコヒーレント、低ノイズ、オクターブスパニングSCGを有効にすることができます。
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1。先細りセットアップ作製(図1の組み立てセットアップを参照してください)
2。カルコゲナイドファイバー準備
(3) その場ファイバー·タップ手順ering
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インサイチュテーパ手順が正常に完了した後、ポンプスペクトルは、 図3に見られるように2.2から5ミクロン(ピーク下〜40 dB低い)から覆うように広がる。 2 S 3繊維としてポンプパルスエネルギーは100フェムト秒の下で最初のパルス長で〜250 PJでした。テーパー腰の短い長さ、〜2.1ミリメートルは、ブロードバンド、首尾一貫したSCの生成が可能になります。これは、ポンプ源の周波数コムのプロパティを保持します。周波数コムとSCGの他のプロパティの詳細については、1で見つけられるかもしれません。
2 S 3ファイバー(当初7μmのコア径160μmのクラッド径、0.2 NA)のような単一のモードからなるテーパーファイバー腰は図4のSEM像で示されている。 〜2.3ミクロンの直径では、テーパーウエストはときセットアップで肉眼で観察されるには余りにも小さいですが、それは、回折Oを通して観...
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我々は、新規ファイバーテーパー手順を示し、中間-IRでSCGを行うことにより、その有効性を検証した。我々の知る限り、このアプリケーションのための代替方法は、計算によりテーパファイバのSCG最適化するために十分な導波路分散を追加するテーパ状繊維径を作成するために必要な繊維引上げ長さを決定することに基づいているが、引上げ長が必要なのでファイバの特定の長さのためにスペクトル広がりを最大化するために、各実験のために、この計算された値だけ変化する近似値である。代替方法は、所望のテーパーが見つかるまでテーパファイバが作成され、順次にテストする必要があります。 SCGのスペクトルプロファイルを監視し、テーパプロセスを停止するための基準として使用することができることによって、我々は短いテーパの広がりを達成するために実質的な単繊維テーパの出力を最適化した。これにより属に必要なコストと時間を削減しTE便利ファイバーテーパー。
最も一般的な障害が先細り手順の間に繊維の破損です。登録は、通常、不適切にヒータブロックの温度を設定することによって引き起こされる。温度が低すぎると、繊維は、高い張力のために壊れる...
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米国仮特許は、この資料に記載された技術を保護提出されています。
著者らは、高純度の化学研究所からSEM画像、実験的なサポートのためのT. Marvdashti、そしてMF ChurbanovとGE Snopatinための貴重な議論、F. AfshinmaneshためG. Shambat、C.フィリップス、K. Aghaeiに感謝したいと思います2 S 3繊維として提供するためのロシア科学アカデミーのファイバーオプティクス研究センターからの物質とVG PlotnichenkoとEM Dianov。また、米海軍研究、NASA、科学研究、アジレント、および共同技術事務所の空軍事務所のオフィスからの支援に感謝しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 電動リニアステージ | ニューポート | MFA-PPD | 他のベンダーから入手可能です。 |
| 電動ステージコントローラー | ニューポート | ESP301 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| アルミブロック | 任意のベンダー。 | 寸法は、希望のテーパーの長さによって異なります。 | |
| RTDセンサー | オメガ | 1PT100GX1510 | |
| カートリッジ ヒーター | オメガ | CSS-01115/120V | |
| の温度調節器 | オメガ | CSC32 | |
| 入力カップリング線形翻訳ステージCVI | 07TXS224 | 他のベンダーから入手可能。 | |
| 出力カップリング リニアトランスレーションステージ | ニューポート | 422-1S | 他のベンダーから入手可能です。 |
| XYZ線形変換ステージ | ニューポート | 461 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| 各種ポスト、光学マウント、ベース、フォーク | 任意のベンダー。 | ||
| Optical Breadboard | Thorlabs | MB12 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| 入力カップリング ZnSe レンズ | Thorlabs | AL72512-E | 他のベンダーから入手可能です。入力結合の焦点距離は、ポンプソースとファイバーモードフィールド径によって異なります。 |
| 出力カップリング ZnSe レンズ | エドモンド光学 | NT62-961 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| ボックス | はどんなタイプでもかまいません。 | ステージを移動できる十分な大きさである必要があります。光の入力と出力の結合にはアパーチャが必要です。 | |
| セラミックオプティカルポスト | 任意のベンダー。 | ||
| デジタルマイクロスコープ | あらゆるベンダー。 | 随意。 | |
| テーブルクランプ | Thorlabs | CL5 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| 裸の繊維は | Thorlabs | HFF003 | 締めます 他のベンダーから入手できます。 |
| 表 1.テーパリングセットアップ Materials. | |||
| As2S3 Optical Fiber | Optics Research Center of the Russian Academy of Sciences | CorActiveなどの他のベンダーから入手可能です。 | |
| Beavertail Cleaver | ファイバー ネットワーク ツール | S-315 | 他のベンダーから入手可能です。手作業で繊維チップを切断または研磨することで、高品質の繊維チップを作成することもできます。 |
| KimWipes | Kimberly-Clark Professional | 34120 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| アセトン、イソプロパノール、 | 任意のベンダー。 | ||
| 表 2.カルコゲナイドファイバー調製用材料. | |||
| Pyrocam | Ophir Photonics | Pyrocam IIIシリーズ | ポンプ波長で感度の高いカメラであれば、どれでも動作します。 |
| モノクロメーター | Photon Technology International | A 100 line/mm grating を使用しました。どのスペクトル測定装置でも機能します(例:ロングパスフィルター)。 | |
| CaF2レンズ | Thorlabs | LB5922 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| InAsフィルター | 任意のベンダー。 | 他のベンダーから入手可能です。 | |
| 増幅型InSb検出器 | 浜松 | P4631-03 | 他のベンダーから入手可能です。 |
| コンピュータ | 任意のベンダー。 | ||
| DAQ | ナショナルインスツルメンツ | USB Xシリーズ | |
| 電動ステージ用Labviewソフトウェア | ナショナルインスツルメンツ | オプション。カスタムプログラム。 | |
| 検出器データを収集するためのLabviewソフトウェア | ナショナルインスツルメンツ | オプション。カスタムプログラム。 | |
| 各種ポスト、光学マウント、ベース、フォーク | |||
| 1インチゴールドミラー | 任意のベンダー。 | ||
| チョッパーとコントローラー | ベンダー。 | SRSモデルSR540 | はオプションです。使用している検出器によって異なります。 |
| 表 3.In-situテーパリング手順用材料. |
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