Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Запись брэгговских решеток в Multicore Fibers

8.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53326

⸱

20 апреля 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Мы описываем технику встраивания идентичных волоконных решеток Брэгга в каждую сердцевину многожильного волокна. Это достигается за счет введения в оптический тракт дополнительной поверхности для смягчения линзирования изогнутой поверхностью фибровой оболочки.

Аннотация

Волоконные брэгговские решетки в многожильных волокнах могут использоваться в качестве компактных и надежных фильтров в астрономических и других исследовательских и коммерческих приложениях. Для строгого подавления на одной длине волны необходимо, чтобы все ядра имели одинаковые профили пропускания. Эти решетки не могут быть нанесены тем же методом, что и для односердцевинных волокон, потому что изогнутая поверхность оболочки действует как линза, фокусируя входящий луч ультрафиолетового лазера и вызывая изменения в освещении между жилами. Поэтому мы используем дополнительный оптический элемент для того, чтобы форма луча не менялась при прохождении через поперечное сечение многожильного волокна. Она состоит из стеклянной капиллярной трубки, которая была отполирована с одной стороны, которая затем помещается поверх участка волокна, на которое должно быть нанесено покрытие. Лазерный луч проникает в волокно через плоскую поверхность капиллярной трубки и, таким образом, сохраняет свои первоначальные размеры. В этой статье демонстрируется улучшение однородности между ядрами для 7-жильного волокна с использованием этого метода. Этот метод может быть обобщен для более крупных многожильных волокон.

Введение

Волоконных брэгговских решеток (ВБР) широко используются в качестве узкополосных фильтров из -за того , что они могут быть настроены для большого числа приложений 1. Они не ограничиваются подавлением монохромная; сложные спектры передачи могут быть созданы с использованием апериодические изменения показателя преломления среды 2. Одним из ограничений является то, что ВБР может быть вписана только в одномодовых волокон (ОВС), так как длина волны, которая подавляется в течение заданного периода решетки зависит от постоянной распространения. В многомодовом волокне (ММФ), где каждый режим имеет другую постоянную распространения, подавляемых длина волны для каждого режима отличается и, следовательно, решетка не дает сильное подавление в любой одной длине волны.

Толчком для этого эксперимента происходит от астрономии. Под Проводы ограничено условиями, прямая связь в SMF трудно и неэффективно; экстремальные адаптивная оптика требуется сделать это 3. Из-за этого, MMFs являются типовоечески используется при сборе света от телескопа фокальной плоскости 4. Поэтому для того, чтобы сохранить функциональные возможности, доступные только для ОВС, необходимо иметь эффективное преобразование между ОВС и MMFs. Это стало возможным с фотонной фонарем, устройство , которое состоит из многомодового порта , подключенного к массив ОВС через конический перехода 5. Фотонные фонари были использованы в приборе гнозиса, в котором SMF - функции , содержащейся ВБР для удаления атмосферных линий излучения (вызванное радикалов ОН и других молекул) из ближней инфракрасной наблюдений 6. Недостатки использования отдельных одножильных SMF-функции для решения этой задачи является то, что они должны быть написаны по одному и сращены по отдельности в оптический поезд, требующий значительных затрат времени и ручного труда. Техника, описанная в данной статье делается попытка устранить эти недостатки, используя более сложный формат волокна для получения функциональность одномодового.

Следующее поколение OH suppression инструмент PRAXIS 7 будет использовать многоядерные волокон (MCFs). Эти волокна содержат любое количество отдельных ядер-встроенных перебор режимов в одной оболочке. Преимущество этого подхода состоит в том, что ККМ может сужаться в ММФ с результирующим фотонный фонарь быть компактным и надежным автономным устройством. В законченного прибора, свет от телескопа будет соединена в порт ММФ фонаря; переход Конус отделит этот свет в сердечников одномодовых, где он будет проходить через ВБР. После того, как длина волны фильтрации остальной свет рассеивается на детекторе, спектры, собранные.

Использование MCF для также ускоряет процесс записи решеток, так как все ядра могут быть вписаны в один проход. Тем не менее, процесс записи должен быть изменен для того, чтобы гарантировать, что все ядра имеют одинаковые характеристики отражения. Это происходит потому, что криволинейная поверхность оболочки действует как линза во время бокового написания ФПС, Резulting в УФ-области, которая изменяется в силе и направлении на каждом ядре, если используется стандартный метод бокового написания. Следовательно , каждое ядро будет иметь различный профиль передачи, и волокно не будет обеспечивать сильное подавление на одной длине волны 8.

Группа в Морской исследовательской лаборатории эксперименты с модификацией распределения и светочувствительность ядер , чтобы отменить эффект этого изменения 9. Недостатком использования такого подхода является то, что волокно должно быть переработан для каждой комбинации размера оболочки, основной размер, количество ядер и химического состава. Кроме того, отсутствие осевой симметрии в результирующем конструкций означает, что ККМ не может быть эффективно сужаться в ММФ с круглым сердечником. В данной статье подробно описывается другой подход к проблеме: изменения поля внутри волокна, имея его пройти через плоскую поверхность вместо того, чтобы непосредственно падающее на изогнутой оболочке. Используя этот подход приводит ктехника, которая может быть передана различными MCF конструкций и размеров, в частности осесимметричные волокон, которые мы хотим включить в фотонных фонарей.

Для того, чтобы создать необходимую плоскую поверхность, ККМ размещается внутри УФ-прозрачным капиллярной трубкой, которая была шлифовка и полировка, с одной стороны, чтобы дать плоскую наружную стенку. Небольшой зазор должен быть оставлен между волокном и капилляром, так как последний может содержать ± 10 мкм изменений диаметра. На рисунке 1 представления. Эта статья будет описывать экспериментальную процедуру, чтобы написать ВБР таким образом, и приводятся примеры возможных улучшений. Для получения дополнительной информации см ранее опубликованные моделирования 10 и экспериментальных результатов 11.

figure-introduction-1
Рисунок 1. Схема полированного капиллярной трубки, который используется в продукте ВБРиона. ККМ помещается внутри капиллярной трубки. Разрыв между ними должен быть небольшим, но допускают небольших вариаций в диаметре. УФ - свет, прошедший через фазовую маску затем поступает в систему через плоскую сторону капиллярной трубки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Приготовление шлифованного капилляры (ANFF OptoFab)

  1. Получить стеклянные капиллярные трубки с внутренним диаметром близко соответствует диаметру волокна. Чем ближе по размеру, тем лучше производительность, но гарантировать, что в диапазоне ± 10 мкм капиллярного допускается для. Удалите все защитные покрытия из капиллярных трубок. Сбрить покрытия с лезвием бритвы, чтобы удалить их без повреждения труб.
  2. Сужаются капилляры до меньшего диаметра, если требуется. если таковая имеется Используйте автоматическую сужающийся машины с компьютерным управлением.
    1. Закрепите длину трубки с зажимами на обоих концах.
    2. Тепло капиллярную температура плавления равномерно вокруг его диаметра с помощью горячей нити, расположенной между зажимами.
    3. Протяните капилляр через нагревательный элемент с постоянным натяжением до нужной длины не было сужаться до меньшего диаметра.
  3. Отрежьте капиллярную трубку в приблизительно равной длины Wiго инструмента резки стекла. Убедитесь в том, что они, по крайней мере на 2 см длиннее предполагаемой длины решетки, но достаточно мал, чтобы поместиться в полирующих используемого оборудования. Примечание: Для этого эксперимента использовалась длина капилляра 7 см.
  4. Приложить 8-10 длин капилляров со стеклянной шайбе с использованием УФ-отверждаемый клей. Установите шайбу на оправке, совместимый с притирки / полирования машины.
  5. Используйте притирки / полировки машины для измельчения оголенные стенки капиллярных трубок к плоской поверхности. ВНИМАНИЕ: Не вдыхать рыхлый песок. Примечание: Абразивный элемент является Al 2 O 3 в суспензии обратного осмоса очищенной воды.
    1. Используйте 25 мкм грит до тех пор, оставшаяся толщина стенки капилляра не составляет примерно 70 мкм. С помощью микрометра для измерения смещения зажимного приспособления в процессе измельчения и, следовательно, количество, которое было удалено.
    2. Переключение на зернистостью 5 мкм и шлифовать до тех пор, оставшаяся толщина стенки не составляет приблизительно 50 мкм.
  6. С помощью притирки / полировки машина для полировки уплощенную поверхность, по меньшей мере, 3 ч с высокой степенью чистоты коллоидного кремнезема в щелочной дисперсии (NaOH). Примечание: Это восстанавливает поверхность для оптического качества. Диоксид кремния можно предотвратить затвердевание путем добавления 1 часть 0,004 М NaOH до 3-х частей полировальных раствора.
  7. Отдельные капилляры из удерживающей шайбе путем замачивания на ночь в ацетоне.
  8. Осмотрите капиллярные трубки на обоих концах под микроскопом с 10-кратным увеличением, чтобы проверить толщину стенки. Примечание: хорошее качество капиллярная будет иметь равномерный тонкий (~ 50 мкм) стенки по ее длине.

2. Создание решёток

  1. Гидрировать MCF увеличить светочувствительность.
    1. Поместите волокна подвергают гидрированию в запаянном герметичном камере. ВНИМАНИЕ: Убедитесь, что камера надежно крепится за счет наличия сжатых газов.
    2. Насос высокой чистоты H 2 в камеру. Использование N 2 газ в качестве бустера для повышения давления.
    3. Оставьте волокна внутри камеры в течение длительного периода: 2 недели при давлении 300 бар и комнатной температуре, или 3 дней при 380 бар и температуре 80 ° C.
    4. Vent газы из камеры и удаления волокон. ВНИМАНИЕ: Убедитесь, что помещение хорошо проветривается. Газы могут выступать в качестве удушающими или пожарной опасности в случае H 2.
    5. Хранить волокна в морозильную камеру с температурой -70 ° C или ниже, пока они не будут использованы. Это замедляет скорость газовыделения водорода и сохраняет повышенную светочувствительность.
  2. Снимите защитное покрытие из MCF. Strip MCF для такого же размера, как ОВС со стандартным SMF волокна съемника; в противном случае сбрить покрытие с бритвенным лезвием. Удалите покрытие из области, в которой решетка должна быть записана, вплоть до конца волокна.
  3. Вставьте оголенный конец волокна в капиллярную трубку, и вставьте трубу вдоль волокна, так что она охватывает область б е вписано.
  4. Нанести на УФ-защитные очки. Установить волокна на стадии подвижной, которая удерживает маску фаз, с плоской стороной капиллярной трубки под углом к ​​фазовой маски. Убедитесь, что волокно расположено внутри интерференционной картины, порождаемые маской, но не касаясь самой маски, так как это может привести к повреждению.
  5. Выравнивание 244 нм лазер так, чтобы луч перпендикулярно к плоской поверхности фазовой маски. Убедитесь, что волокно получает по меньшей мере 90 мВт мощности лазера.
  6. Защиту длиной 4 см от волокна к образцу УФ помех путем перемещения волокна и фазовой маски вместе относительно входящего пучка со скоростью 0,25 мм / мин.
  7. Удалите капиллярную трубку из волокна.
  8. Отжигать решетку при 110 ° С в течение 20 часов, чтобы стабилизировать реакцию длины волны. Примечание: Этот шаг является необязательным, как решетка стабилизируется сама по себе в течение примерно трех дней, но отжиг делает процесс быстрее.
e_title "> 3. Анализ спектров

  1. Сколите оба конца волокна. Использование волокна тесак, который позволяет пользователю устанавливать как диаметр волокна, и напряжение, чтобы обеспечить плоскую торцевую поверхность.
  2. Осветите один конец волокна с помощью перестраиваемого лазера с центральной длиной волны приблизительно согласован с длиной волны Брэгга.
  3. Подключите CCD камеру к ПК с программным обеспечением управления для отображения и записи выходных волокна. Изображение на выходе волокна с ПЗС-камерой, с помощью микроскопа объектив с 50Х увеличением в передней части камеры, чтобы убедиться, что все ядра покрывают несколько ПЗС пикселей. Примечание: Следующие шаги 3.4.1 - 3.5.5 являются специфическими для пользовательского программного обеспечения, используемого авторами и представляют собой лишь один из способов захвата спектров.
    1. Выберите круглую область пикселов, соответствующих каждому ядру, нажав на центры ядер, как они появляются на изображении в программном обеспечении управления. Ввод диаметра стержней в единицах пикселей в "длина или диаметр &# 39; поле.
    2. Запишите значения пикселов, зарегистрированных камерой для выбранных регионов. Суммировать значения для всех пикселей, охватывающих данную ядро, чтобы количественно оценить общую пропускную способность на этой длине волны.
  4. Подключите перестраиваемый лазер для управления ПК, так что наблюдения и сбор данных можно автоматизировать.
    1. Введите с длиной волны примерно 5 нм ниже длины волны Брэгга в поле 'Start' длины волны.
    2. Установите длину волны приращение лазера до 0,01 нм в 'Scan - Шаг' поле. Примечание: Установите задержку между шагами, по меньшей мере, 300 мс, так что лазерная генерация стабильна на каждой длине волны до того измерений записываются и следующим шагом длины волны происходит.
    3. Введите длину волны около 5 нм больше, чем длина волны Брэгга в поле 'End' длины волны.
    4. Нажмите на кнопку "Автоматическое сканирование" для установки лазера на определенную длину волны и начала увеличивать длину волны выбранного приращения на регучерез определенные интервалы времени.
    5. Записывают интенсивность прошедшего через каждый сердечник для каждого шага длины волны. Экспорт расчетных значений в текстовый файл активировав 'Text File Сохранить "вариант.
  5. Повторить сканирование по меньшей мере, в 3 раза и в среднем данные из всех трасс.
  6. Участок передается мощность от длины волны для каждого ядра для генерации набора спектров.
    1. Сравните спектры всех ядер, чтобы подтвердить, есть ли у них одни и те же характеристики подавления. Убедитесь, что центральная длина волны, глубины и ширины полосы каждой решетки матча.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Эффективность этого метода лучше всего демонстрируется путем сравнения многоядерный волоконных брэгговских решеток (MCFBGs) , которые возникают в результате воздействия с и без капилляра. На рисунке 2 показаны характеристики передачи 7-сердечника MCF подвергается с использованием стандартного метода для ОВС с индивидуальным основные спектры, представленные разными цветами. Существует минимальное перекрытие между подавленными длинами волн, и ядро ​​# 5 получил более слабо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

На рисунках 2 и 3 вместе показывают , что введение полированную капиллярной трубки (РСТ) при написании решеток является достаточным для улучшения равномерности основных спектров в MCFBG. Остальная часть процесса надпись в значительной степени неизменным по сравнению с установленными методами для создания SMF решеток и может использоваться с большинством существующих систем письменности ВБР. Таким образом, подготовка ПХТ, как указано в разделе 2 протокола является наиболее важным для улу...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Лаборатории SAIL финансируются через стипендию JBH Australian Laureate Fellowship от Австралийского исследовательского совета.

Это исследование было поддержано Центром передового опыта Австралийского исследовательского совета по устройствам сверхвысокой пропускной способности для оптических систем (проект номер CE110001018).

Экспериментальная работа была частично выполнена в узле OptoFab Австралийского национального производственного объекта, используя финансирование NCRIS и правительства штата Новый Южный Уэльс. Услуги по гидрированию волокна были предоставлены компанией TE Connectivity в Редферне. Компания SLS выражает благодарность Лаборатории оптики и электроники компании Fujikura Ltd, Япония, за предоставление 7-жильного волокна, используемого в этом эксперименте.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Многожильный оптоволокноFujikura Ltd.7 ядер диаметром 5,5  &микро; m, сепарация стержней 35  &микро; m, шестиугольно расположенная в пределах 125 &; m наплавка, NA = 0,177
СтеклоободокVytranGPX-3000
УФ лазерCoherent300 FreD InnovaЧастота удвоенная 244  нм, выходная мощность не менее 150 мВт. ВНИМАНИЕ: повреждение глаз; ношение соответствующих защитных очков
Фазовая маскаLasirisPM-244-1069.50-50.8Пользовательский компонент, период решетки 1069.50 нм, толщина 5.08 мм
Капиллярные трубкиPolymicroTSP200794Внутренний диаметр 200&микро; м, наружный диаметр 794 & микро; m
Притирочная машинаLogitechPM5Комбинированная шлифовальная машина/полировальная машина
УФ-отверждаемый клейNorlandNOA-61Отверждается быстро, удаляется ацетоном
МикрозернистостьEminessAl2O3: 25 &m; м и 5 & микро; м размер частиц
Жидкость для полировкиEminessULTRA-SOL 500SSF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 GAL
Гидроксид0.004  M
Скалыватель волокнаVytranLDC-400
Настраиваемый лазерJDS UniphaseSWS15101
ИК камераXenicsXEVA-1429320x256 пикселей, разрешение 16 бит
ПечьThermoline ScientificLDO-030NДля отжига при T=110  ° C
Газообразный водородBOCДля гидрогенизации волокна. ВНИМАНИЕ: легковоспламеняющийся газ под давлением
Газообразный азотBOCBooster для гидрогенизации. ВНИМАНИЕ: лезвия
Acetone
Razor под давлением
натрия бритвы газа

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Запись брэгговских решеток в Multicore Fibers
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.