Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

في الموقع مستدق من الألياف Chalcogenide لتوليد Supercontinuum منتصف الأشعة تحت الحمراء

Published: May 27, 2013 doi: 10.3791/50518
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Edward L. Ginzton Laboratory, Stanford University

Summary

نحن تصف طريقة لل

Abstract

Supercontinuum جيل (SCG) في الألياف chalcogenide مدبب أمر مرغوب فيه لتوسيع نطاق منتصف الأشعة تحت الحمراء (IR أو منتصف، تقريبا 2-20 ميكرون مدى الطول الموجي) تردد أمشاط 1، 2 لتطبيقات مثل البصمات الجزيئية، 3 الكشف عن الغازات النزرة، 4 ليزر يحركها تسريع الجسيمات، 5 والأشعة السينية الإنتاج عبر جيل متناسق عالية. 6 SCG تحقيق كفاءة في الألياف البصرية مدبب يتطلب مراقبة دقيقة من تشتت سرعة مجموعة (GVD) والخصائص الزمانية من النبضات الضوئية في بداية الألياف، 7 التي تعتمد بشدة على هندسة من تفتق. 8 نظرا لاختلاف في الإعداد وإجراء مستدق لSCG المتعاقبة تجارب مثل طول الألياف، مستدق درجة حرارة البيئة، أو قوة جانب في الألياف، والرصد الطيفي في الموقع من وSCG هو ضروري لتحسين الطيف الناتج عن تجربة واحدة.

الألياف في الموقع مستدق لSCG يتكون من اقتران المصدر مضخة من خلال الألياف ليكون مدبب إلى جهاز القياس الطيفي. الألياف غير مدبب ثم حين لاحظ إشارة القياس الطيفي في الوقت الحقيقي. عندما تكون إشارة تصل إلى ذروتها، يتم إيقاف مستدق. يسمح الإجراء مستدق في الموقع لتوليد مستقرة، اوكتاف-تمتد، مشط التردد منتصف الأشعة تحت الحمراء من التوافقي الفرعية من المتاحة تجاريا مشط التردد القريب من الأشعة تحت الحمراء. 9 هذا الأسلوب يقلل من التكلفة بسبب الانخفاض في الوقت والمواد المطلوبة إلى افتعال تفتق الأمثل مع طول الخصر فقط 2 ملم.

ويمكن تمديد هذه التقنية مستدق في الموقع لتحسين الألياف البصرية microstructured (MOF) لSCG 10 أو ضبط للنطاق التمرير من موفس، 11 زوجا من الألياف مدبب الأمثل للمقرنة الألياف تنصهر 12 والرسائل المتعددة تقسيم الطول الموجي (WDMs)، 13أو تعديل التعويض تشتت للضغط أو تمتد من نبضات ضوئية. 14-16

Introduction

بعد أن أنتج لأول مرة في نطاق الطول الموجي مرئية تحولت 1،7 مصادر SCG نحو منتصف الأشعة تحت الحمراء، مدفوعا إلى حد كبير من قبل التطبيقات في التحليل الطيفي. 3، 4 الألياف Chalcogenide، والتي تشمل كبريتيد، selenides، وtellurides، كانت مادة شعبية لل ونظرا منتصف الأشعة تحت الحمراء إلى الأقل خسارة الانتشار واستقامة عالية، أقل من 18 ديسيبل 100 / كم 19 و ~ 200 مرة من السيليكا لتصل إلى 2 S 3، 20 على التوالي. ومع ذلك، يقع الطول الموجي GVD صفر لمعظم chalcogenides في منتصف الأشعة تحت الحمراء، ما وراء الطول الموجي مركز لغالبية متاحة مصادر مضخة فائق السرعة، مما يجعل SCG تحديا في المواد السائبة أو واحد من الألياف chalcogenide الوضع القياسي. تشتت الدليل الموجي يمكن استخدامها لتعديل نقطة الصفر لGVD SCG. 7 طرق لإدخال تشتت الدليل الموجي قوية تشمل الألياف مستدق، 8، 21 باستخدام الألياف microstructured، 22-24 أوحتى مزيج من الاثنين. 10 عن طريق تحويل طول الموجة GVD تحت الصفر الطول الموجي مضخة، ومضخة تجربة تشتت الشاذة في الألياف. في النظام تشتت الشاذة، يحدث تكوين الموجة المنعزلة من خلال تحقيق التوازن بين غرد غير الخطية الناجمة عن التشكيل مرحلة الذات وغرد الخطية التي تسببها GVD. لمصدر مضخة الفيمتو ثانية، الطيفية توسيع وعادة ما تهيمن عليها الانشطار الموجة المنعزلة أو كسر نبض، والذي يحدث بعد ضغط الزمنية الأولية كما يكاثر نبض على طول الألياف. 7 وفي حالة الألياف مستدق، وحساب مجموع GVD، بما في ذلك على حد سواء المادية و يمكن أن تشتت الدليل الموجي توفير ترسم من القطر تفتق النهائية اللازمة لإنتاج طيف وسعت بشكل ملحوظ. ونظرا إلى الاعتماد SCG القوي على GVD والتقلبات بين التجارب التجريبية، بما في ذلك تغييرات على طول الألياف قبل المنطقة مدبب واقتران المضخة إلى الألياف، وتقريب يحسب ليس جمعة كافيةأو تحقيق تفتق الأمثل في محاكمة واحدة. رصد الطيفية يسمح لهذه الاختلافات في الإعداد التجريبية التي يتعين مراعاتها وتمثل في مستدق في الموقع.

وعلاوة على ذلك، توليد supercontinuum كفاءة (SC) في الألياف مدبب قصيرة يقلل من كمية غير الخطية التضخيم الضوضاء الحفاظ على تماسك SCG وخصائص مشط تردد من مصدر مضخة. 25-27 إدارة التوزيع الصحيح، وبالتالي ضرورة في الموضع مستدق، ويصبح أكثر أهمية عندما يكون طول الألياف قصيرة، كما جداول التسامح SCG مع طول.

يبدأ الإعداد مستدق في الموقع مع مصدر مضخة، والذي هو subharmonic من وضع غير الساحلية ايه مخدر ليزر الألياف، بالإضافة إلى 9 جوهر ك 2 S 3 الألياف التي ستكون مدبب. ثم يقترن الناتج من الألياف إلى الجهاز الذي يميز الشخصي الطيفية. في experimيتم استخدام الأنف والحنجرة، للكشف عن InSb بعد مستوحد اللون مع ~ 20 نانومتر من قرار لمراقبة جزء من الطيف الإخراج حيث هناك في البداية إشارة منخفضة جدا من مصدر مضخة (في ~ 3.9 ميكرون) بحيث يمكن رصد الألياف في حين مستدق. عندما الألياف هو مدبب ويوسع طيف، والطيفية الزيادات إشارة القياس على النحو تشتت هو الأمثل للتجربة الفردية. من خلال رصد الطيف أثناء إجراء مستدق، مستدق يمكن وقفها في الوقت الحالي عند الطيفية تم توسيع الحد الأقصى. مستدق في الوضع الطبيعي يسمح للإدارة تشتت الأمثل لSCG فعالة في تفتق واحد من الألياف. مستدق مع، منطقة ضيقة الحرارة ثابتة تنتج ألياف قصيرة الخصر تفتق، 28 الذي يسمح لSCG منخفضة الضوضاء. معا، في الموضع ثابت مستدق يمكن تمكين متماسكة، منخفضة الضوضاء، SCG اوكتاف-تمتد في منتصف الأشعة تحت الحمراء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. مستدق تلفيق الإعداد (انظر إعداد تجميعها في الشكل 1)

  1. تأمين مراحل الخطية الآلية على اللوح (تركزت تقريبا) بحيث المراحل على اتصال وسوف تترجم نحو وبعيدا عن بعضها البعض
  2. إعداد ووضع يتصاعد الألياف
    1. نعلق ظيفتين البصرية إلى لوحات المرحلة الخطية بمحركات (واحد لكل منهما) باستخدام الثقوب الأقرب إلى بعضها البعض.
    2. إرفاق العارية يتصاعد الألياف البصرية إلى قمم من الوظائف. تأكد من أن V-الأخاديد ليتم محاذاة الألياف. (ملاحظة: ارتفاع العارية يتصاعد الألياف البصرية سوف يكون تقريبا ارتفاع شعاع من نظام اختيار آخر في المستقبل، ومرتفعات التمثال وفقا لذلك.)
  3. إعداد ووضع مدخلات وعناصر الإنتاج اقتران
    1. إرفاق مراحل الترجمة الخطية إلى مراحل الخطية بمحركات (واحد المدخلات واحد للجانب المخرجات) مع لوحات محول.
    2. ضع AR المغلفة ZnSe مساهمة اقتران LENS (التي شنت في جبل البصرية مع x و y الترجمة على قاعدة التمثال) على المسرح ترجمة المدخلات. اختيار البعد البؤري الذي يعطي اقتران الأمثل من مصدر مضخة حتى النخاع من الألياف. تأكد من أن مركز العدسة هو في نفس الارتفاع V-الأخاديد من المشابك الألياف.
    3. ضع الناتج ZnSe عدسة اقتران غير المصقول (التي شنت في جبل البصرية مع x و y الترجمة على قاعدة التمثال) على المسرح ترجمة الإخراج. تأكد من أن مركز العدسة هو في نفس الارتفاع V-الأخدود.
  4. إعداد ووضع عنصر التسخين (كما هو موضح في الشكل 2)
    1. آلة كتلة الألومنيوم إلى الأبعاد المطلوبة (~ 6 مم × 25.4 مم × 17.5 مم) مع فتحات للألياف (مع وجود فتحة لإدخال وإزالة الألياف) ورصد درجة الحرارة الألياف، والثقوب للسخانات خرطوشة، و 8 / 32 استغلالها ثقوب في أعلى وأسفل لتركيب وتأمين سخانات خرطوشة.
    2. إدراج سخانات خرطوشة إلى Tانه الثقوب المناسبة للكتلة الألومنيوم وتأمينها مع 8/32 مجموعة مسامير.
    3. إرفاق آخر السيراميك إلى الأعلى المسمار 8/32 مجموعة لعزل الحراري.
    4. إرفاق آخر الضوئية إلى آخر السيراميك واستخدام آخر زاوية الحق المشبك مع وظيفة البصرية إضافية لتأمين سخان للمرحلة خطي XYZ.
    5. تأمين مرحلة خطي XYZ إلى اللوح بحيث حفرة لتصل إلى 2 S 3 الألياف في سخان الألومنيوم يمكن أن تركز مع V-الأخاديد من المشابك الألياف.
    6. ترجمة سخان الألومنيوم مع المرحلة خطي XYZ بحيث سخان لم يعد بالقرب من المشابك العارية الألياف البصرية، مما يسمح للألياف لتكون آمنة من دون إعاقة.

2. تحضير الألياف Chalcogenide

  1. نقع على طول المطلوب من تغلف ك 2 S 3 الألياف (يجب أن تكون أطول من 8.5 سم، وطول الألياف تغلف اللازمة لكل تفتق الألياف) في الأسيتون لحوالي 10 دقيقة أو حتىيصبح سترة لينة. (استخدام المذيب المناسب للسترة في حالة استخدام ألياف مختلفة).
  2. إزالة بلطف سترة خففت مع KimWipe، وإزالة مقطع لا تزيد عن 5 سم في كل مرة.
  3. تنظيف الألياف العارية مع الأيزوبروبانول على KimWipe.
  4. استخدام beavertail الساطور ليلتصق واحدة من نهاية ك 2 S 3 الألياف. صورة غيض من الألياف التخلص منها لتفقد يلتصق الجودة.
  5. قياس وكسر ما لا يقل عن 6.35 سم، وطول قطعة من الألياف. يجب أن يكون هذا طول الألياف ~ 2 سم أطول من طول الألياف اللازمة للعصا لا يكاد يخرج من المشابك الألياف.
  6. استخدام beavertail الساطور ليلتصق نهاية الثاني من الألياف. صورة غيض من الألياف التخلص منها لتفقد يلتصق الجودة. تجنب الاتصال مع أول نهاية المشقوق من الألياف.
  7. وضع الألياف في المشابك الألياف من الإعداد مستدق. تجنب لمس مركز من الألياف (حيث سيكون ساخنا الألياف).

3. الحنفية الألياف في الوضع الطبيعيتعافي الداخلي

  1. زوجان المصدر مضخة منتصف الأشعة تحت الحمراء إلى وضع الأساسية من الألياف مع AR عدسة ZnSe المغلفة (F = 12.7 مم). استخدام عدسة ZnSe غير المصقول (F = 20 مم) إلى صورة الوجه الناتج من الألياف مع Pyrocam لضمان القوة هي في معظمها في وضع الأساسية. تأكد من أن شعاع المضخة نشر على طول محور الألياف. إذا لم يكن كذلك، فإن اقتران تغيير مرة واحدة تبدأ مراحل الآلية للتحرك.
    1. وضع المروحية أمام مصدر المضخة. (مطلوب هذه الخطوة من أجل كشف AC الديناميكي).
    2. زوجان الناتج من الألياف من خلال مستوحد اللون وكاشف InSb باستخدام غير المصقول الكاف 2 العدسات (F = 20 مم) قبل وبعد مستوحد اللون.
    3. تدوير صريف من مستوحد اللون للسماح الجانب الطول الموجي الطويل من الطيف بالمرور عبر مستوحد اللون حتى الإشارة المرسلة هي بالكاد فوق الطابق الضوضاء (في ~ 3.9 ميكرون). بدلا من مرشحجي مع مستوحد اللون (خطوات 3.2.2 و 3.2.3)، وهو مرشح بصري مناسبة يمكن استخدامها لقياس القوة في الأطوال الموجية للكشف أطول من أطول محتوى الطول الموجي للقياس للمضخة.
  3. ترجمة سخان الألومنيوم حتى ينزلق الألياف من خلال الشق ويتركز في حفرة الألياف سخان الألومنيوم و.
  4. وضع مستوى استشعار RTD مع واحد من سخانات خرطوشة. اضغط بلطف على استشعار RTD ضد سخان الألومنيوم بحيث يكون كاملا في اتصال مع كتلة كما هو مبين في الشكل 2. إذا كان RTD ليست على اتصال مع سخان بشكل صحيح (أو لا بطريقة قابلة للتكرار)، ودرجة الحرارة في كتلة تكون غير معروفة وتسبب الألياف لكسر خلال مستدق. تأكد من أن الإشارة إلى مستوحد اللون لم ينخفض.
    1. A RTD صغيرة يمكن وضعها داخل حفرة أخرى من كتلة سخان لرصد درجات الحرارة في حفرة. (اختياري)
  5. استخدام المجهر الرقمي إلى iبركه الألياف في كتلة سخان للسماح للرصد من الألياف خلال عملية مستدق. (اختياري)
  6. تغطية الإعداد مع مربع (مع فتحات لإدخال وإخراج الحزم) للحد من تدفق الهواء، والسماح لدرجة حرارة مستقرة مستدق.
  7. مع الحق في التنمية وخرطوشة سخانات متصل، بدوره على وحدة تحكم في درجة الحرارة. ضبط درجة الحرارة إلى ~ 200 درجة مئوية، حيث يبدأ الألياف لتليين (فإن درجة الحرارة بالضبط تعتمد على أبعاد سخان، درجة حرارة البيئة، وتدفق الهواء حول الألياف).
  8. مرة واحدة كانت درجة الحرارة مستقرة حول نقطة التحديد، بدء تشغيل البرنامج ابفيف أن يترجم مراحل الآلية بعيدا عن بعضها البعض في ~ 10 ميكرون / ثانية في كل اتجاه.
  9. رصد إشارة من كاشف InSb، والذي هو إشارة القياس الطيفي. مرة واحدة في إشارة كاشف تصل قيمة الحد الأقصى (يجب الحرص على عدم تشبع كاشف)، ووقف مراحل الآلية وإيقاف سخانات خرطوشة (تحكم في درجة الحرارة).
  10. انتظر ~ 10 دقيقة للألياف لترسيخ (سوف إشارة للكشف عن انخفاض قليلا خلال هذه العملية، على الأرجح بسبب الاعتماد درجة الحرارة في معامل الانكسار أو الانكماش الحراري).
  11. ترجمة كتلة سخان على طول الألياف نحو المشبك الألياف حيث الألياف هو untapered. ثم يترجم كتلة سخان بعيدا عن الألياف باستخدام فتحة في كتلة سخان للسماح لتمرير الألياف.
  12. تميز من خلال القياسات الطيفية SCG مع مستوحد اللون. عامل تصفية إيناس قد تكون هناك حاجة إلى قياس دقيق لجزء الطول الموجي الطويل من الطيف.
  13. إزالة الألياف اذا شئت.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

بعد الانتهاء بنجاح من إجراء مستدق في الموقع، عن اتساع نطاق مضخة لتغطية 2،2-5 ميكرومتر (في ~ 40 ديسيبل أقل من الذروة)، كما رأينا في الشكل 3. كانت الطاقة نبض مضخة في ك 2 S 3 الألياف ~ 250 PJ مع طول النبضة الأولي تحت 100 FSEC. طول قصيرة من وسطه مدبب، ~ 2.1 ملم، ويسمح لجيل من النطاق العريض، SC متماسكة. هذا يحافظ على خصائص مشط تردد من مصدر مضخة. ويمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات حول مشط التردد وغيرها من الممتلكات من SCG في 1.

ويظهر الناتج الخصر الألياف مدبب من وضع واحد ك 2 S 3 الألياف (7 أصلا قطرها ميكرون الأساسية، 160 ميكرون القطر الكسوة، و 0.2 NA) في صورة SEM في الشكل 4. في قطره 2.3 ~ ميكرون، وسطه تفتق صغيرة جدا بحيث لا يمكن ملاحظتها بالعين عندما تكون في الإعداد، ولكن يمكن ملاحظتها من خلال حيود س اتحاد كرة القدم مصدر الضوء. سوف الخصر مدبب يكون تقريبا ما دامت المنطقة حرارة الفعال للكتلة سخان. ثابت مستدق يولد طويلة، والمنطقة تمر بمرحلة انتقالية الأسي من الألياف untapered إلى وسطه مدبب الألياف التي تحتل ما تبقى من ~ 16 ملم من طول سحب.

كما الألياف يجري مدبب، في إشارة القياس الطيفي الكشف يشبه الشكل 5. ينبغي أن تظل هذه الإشارة ثابتة تقريبا حتى الطيفية توسيع في الألياف يبدأ أن يحدث عندما يصبح GVD مقربة من الأمثل. يزيد من إشارة إلى ذروته في طول سحب من ~ 18 ملم وبسرعة يبدأ في الانخفاض كما GVD يمر النقطة المثلى. عرض 3 ديسيبل من الذروة التي بلغها في إشارة القياس الطيفي هو فقط 252 نانومتر وعرض 10 ديسيبل هو 572 نانومتر، مما يدل على حساسية لقطر الألياف مدبب وتشدد على ضرورة مستدق في الموقع.

إعادة 1 "FO: المحتوى SRC =" / files/ftp_upload/50518/50518fig1highres.jpg "FO: محتوى العرض =" 5IN "SRC =" / files/ftp_upload/50518/50518fig1.jpg "/>
الشكل 1. في الوضع الطبيعي الألياف يقترن مستدق الإعداد. المصدر مضخة FS في ك 2 S 3 الألياف مع عدسة L 1 عن طريق الاستفادة المثلى L 1 'موقف المرحلة الخطية (كما هو موضح في رمادي فاتح) وموقف XY للعدسة جبل (لا يظهر في الشكل). ويقترن الناتج من الألياف إلى جهاز القياس الطيفي مع L 2 الأمثل من قبل مرحلة الخطية. المراحل بمحركات (كما هو موضح باللون الرمادي الداكن) سحب الألياف بعيدا عن سخان المركزي ووقف عند تكبير قيمة القياس الطيفي.

الشكل 2
الشكل 2. الألومنيوم سخان كتلة. الكتلة سخانك هو ~ 6 مم مع اثنين من الثقوب 4 ملم (واحد للألياف واحد لمراقبة درجة الحرارة التقريبية من الألياف). يتم قطع فتحة صغيرة في كتلة للسماح الإدراج وإزالة الألياف. كتلة هو 2.54 سم، والتي هي فترة طويلة بما يكفي لتناسب عنصر التدفئة الكاملة للسخانات خرطوشة. A آخر السيراميك (المرفقة مع المسمار 8/32 مجموعة) يوفر العزلة الحرارية. يتم وضع جهاز استشعار RTD في اتصال مع كتلة سخان ومستوى مع سخان خرطوشة لتقديم أسرع رد الفعل ممكن. ذروة الكتلة، وليس بعدا هاما طالما أن هناك مجالا للسخانات خرطوشة، والثقوب 4 ملم للألياف، وصنابير لتركيب سخان كتلة هو ~ 1.75 سم.

الشكل (3)
الشكل (3). SCG الطيف. الأطياف تطبيع رانه المدخلات (مضخة) والإخراج (SCG) وترد. عرض النطاق الترددي ولدت من الناتج هو ~ 3 مرات أوسع من المدخلات في وحدات تردد في أقل من 40 ديسيبل الذروة. تراجع في الطيف الناتج حوالي 4.2 ميكرون يتوافق مع CO 2 الاستيعاب في الغلاف الجوي.

الشكل 4
الشكل 4. وتظهر الصور SEM من مستدق ك 2 S 3 الألياف. أمثلة على مدبب و2 S 3 الألياف في (أ) و (ب) (كسر عمدا بعد مستدق لSEM التصوير). (أ) صورة SEM لو2 S 3 الألياف مدبب إلى ما يقرب من قطر لSCG الأمثل، ~ 2.3 ميكرون. (ب) صورة SEM لتصل إلى 2 S 3 الألياف مدبب يوضح أصغر قطرها مدبب إنشاؤها مع مجموعةأعلى، ~ 760 نانومتر.

الرقم 5
الشكل 5. ويرد الطيفية إشارة القياس مقابل سحب طول. انتاج الطاقة تطبيع بعد مستوحد اللون، مجموعة ثابتة بنسبة 3.9 ميكرون، لإجراء تجربة تفتق واحد من الألياف. يبدأ انتاج الطاقة لزيادة كبيرة بعد ~ 17 ملم من سحب طول. الحد الأقصى إشارة يحدث على مقربة من 18 ملم من سحب طول، المقابلة لقطر الألياف من ~ 2.3 ميكرون. توقفت المراحل بمحركات بعد فترة وجيزة تم التوصل إلى هذه الذروة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

لقد أظهرت الألياف رواية الإجراء مستدق والتحقق من صحتها عن طريق إجراء SCG في منتصف الأشعة تحت الحمراء. إلى علمنا، ويستند الأسلوب البديل لهذا التطبيق على تحديد سحب طول الألياف المطلوبة لإنشاء قطرها الألياف مدبب أن يضيف ما يكفي تشتت الدليل الموجي لتحسين SCG في تفتق الألياف من خلال حساب، ومع ذلك، ومنذ مدة سحب اللازمة لتحقيق أقصى قدر من توسيع الطيفية لمدة محددة من الألياف يختلف عن كل تجربة، هذه القيمة المحسوبة هو فقط تقريبي. ثم يتطلب طريقة بديلة التناقص التدريجي الألياف المراد إنشاؤها واختبارها واحدا تلو الآخر حتى يتم العثور على تفتق المطلوب. من خلال قدرته على رصد الملف الشخصي الطيفي للSCG واستخدامه كمعيار لوقف عملية مستدق، قمنا الأمثل إخراج تفتق واحد من الألياف لتحقيق توسع كبير في تفتق قصيرة. هذا يقلل كثيرا من التكلفة والوقت اللازم لأجناسالشركة المصرية للاتصالات تفتق الألياف المفيدة.

فشل الأكثر شيوعا هو الكسر من الألياف أثناء إجراء مستدق. وتحدث فواصل عادة عن طريق وضع بشكل غير صحيح درجة حرارة سخان كتلة. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدا، فإن الألياف كسر بسبب التوتر الشديد. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدا، ويمكن أن تبلور سطح، 29 الذي يولد تشققات في السطح من الألياف التي تنتشر بسهولة في ظل التوتر، تنتج كسر في الألياف. من اثنين، وضع أكثر تواترا من الفشل والانهاك الألياف، وعادة من عدم وضع جهاز استشعار RTD في الموقف الصحيح. وسوف كسر الألياف قابلا للاكتشاف بسهولة كما إشارة القياس الطيفي إسقاط فجأة إلى الطابق الضوضاء.

من الممكن إدخال مزيد من التحسينات على برنامج الإعداد. على سبيل المثال، فإن ربط بشكل دائم استشعار RTD إلى كتلة سخان تسمح لدرجة الحرارة مستدق أكثر للتكرار، والقضاء على النمط الأكثر شيوعا للفشل. أيضا، REMoving الرطوبة من الإعداد مستدق من خلال تطهير الإعداد مع الجافة N 2 قد تساعد تجنب كسور خلال مستدق. إزالة تفتق الألياف ناجحة تم إنجازه، ولكن لم يتم حتى الآن وضع إجراء استنساخه. طلاء ك 2 S 3 الألياف مع، الحماية، مؤشر منخفض سميكة، وفقدان منخفض، الكسوة المواد يمكن تحسين الاستقرار الميكانيكية للألياف والسماح للمناولة أسهل من الألياف مدبب. باستخدام طرق بديلة لرصد الطيف، مثل استخدام مرشح تمرير طويلة الطول الموجي التي تنقل على الجانب طويلة الطول الموجي للمصدر مضخة، يمكن تبسيط نظام الكشف. وهناك العديد من التعديلات الاختيارية التي قد تكون قادرة على توسيع مدى فائدة في الموقع الإعداد مستدق الحالي. ويمكن تغيير أبعاد سخان الألومنيوم كتلة لتغيير طول المنطقة مدبب. ديناميكية مستدق، والذي يتكون من تحريك عنصر التدفئة فيما يتعلق الألياف خلال تفتقجي (لهب بالفرشاة) و / أو نقل مرحلتين عند سرعات مختلفة، ويمكن أيضا أن يتم ذلك مع رصد في الموقع. هذا من شأنه أن يسمح لمختلف التشكيلات الألياف مدبب المراد إنشاؤه. ان تشتت مجموع يمر بها مصدر مضخة ثم تعتمد على البيانات الشخصية التي تم إنشاؤها. أيضا، فإن الاستعاضة عن عنصر التسخين مع سخان درجة حرارة عالية تسمح الألياف مع نقطة انصهار أعلى ليكون مدبب.

على الرغم من لم يثبت حتى الآن، ويمكن تطبيقها على الألياف في الموقع مستدق تقنية إلى أجهزة الأخرى المستندة إلى الألياف التي يتم إنتاجها من خلال الألياف مستدق. يمكن طفيف مستدق في موفس دفع غرامة تصل قيمتها تشتت الألياف لSCG كفاءة. 10 باستخدام مصدر واسع النطاق الذي يغطي نطاق التمرير من وزارة المالية (وربما مصدر مقرها SCG)، ونطاق التمرير، الذي موازين مع حجم البعد من microstructuring، يمكن أن تكون زرقاء تحول باستخدام الألياف في الموقع مستدق 11 بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون مصدرا النطاق العريض لناإد لتوصيف مكونات الألياف، مثل وصلات الربط للألياف 12 و WDMs، 13 ملفقة من خلال الألياف مستدق أثناء الإنتاج لتلبية مواصفات أفضل. الألياف في الوضع الطبيعي مستدق يمكن تكييفها لتحسين نتائج معظم التجارب مستدق الألياف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وقد تم رفعها على براءة اختراع مؤقتة الولايات المتحدة حماية التكنولوجيا التي أفصح عنها في هذا المقال.

Acknowledgments

فإن الكتاب أود أن أشكر G. شمبات، C. فيليبس، K. أغائي للمناقشات لا تقدر بثمن، F. Afshinmanesh لSEM الصور، T. Marvdashti لدعم تجريبي، وMF Churbanov وGE Snopatin من معهد كيمياء عالية النقاء المواد وVG Plotnichenko وEM Dianov من مركز بحوث الألياف البصرية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم لتوفير و2 S 3 الألياف. ونحن ممتنون للدعم من مكتب البحوث البحرية، ناسا، ومكتب القوات الجوية للبحث العلمي، اجيلنت، ومكتب التكنولوجيا المشتركة أيضا.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Motorized Linear Stages Newport MFA-PPD Available from other vendors.
Motorized Stage Controller Newport ESP301 Available from other vendors.
Aluminum Block Any vendor. Dimensions will vary depending on desired taper length.
RTD Sensor Omega 1PT100GX1510
Cartridge Heaters Omega CSS-01115/120V
Temperature Controller Omega CSC32
Input Coupling Linear Translation Stage CVI 07TXS224 Available from other vendors.
Output Coupling Linear Translation Stage Newport 422-1S Available from other vendors.
XYZ Linear Translation Stage Newport 461 Available from other vendors.
Assorted posts, optics mounts, bases, and forks Any vendor.
Optical Breadboard Thorlabs MB12 Available from other vendors.
Input Coupling ZnSe Lens Thorlabs AL72512-E Available from other vendors. Input coupling focal length depends on pump source and fiber mode field diameter.
Output Coupling ZnSe Lens Edmund Optics NT62-961 Available from other vendors.
Box Any type will do. Must be large enough to allow stage movement. Needs apertures for input and output coupling of light.
Ceramic Optical Post Any vendor.
Digital Microscope Any vendor. Optional.
Table Clamps Thorlabs CL5 Available from other vendors.
Bare Fiber clamps Thorlabs HFF003 Available from other vendors.
Table 1. Tapering Setup Materials.
As2S3 Optical Fiber Fiber Optics Research Center of the Russian Academy of Sciences Available from other vendors, such as CorActive.
Beavertail Cleaver Fiber Network Tools S-315 Available from other vendors. Hand cleaving or polishing fiber tips can also produce high quality fiber tips.
KimWipes Kimberly-Clark Professional 34120 Available from other vendors.
Acetone, Isopropanol Any vendor.
Table 2. Materials for Chalcogenide Fiber Preparation.
Pyrocam Ophir Photonics Pyrocam III Series Any camera with sensitivity at pump wavelength will work.
Monochromator Photon Technology International A 100 line/mm grating was used. Any spectral measurement device will work (e.g. longpass filter).
CaF2 Lenses Thorlabs LB5922 Available from other vendors.
InAs Filter Any vendor. Available from other vendors.
Amplified InSb Detector Hamamatsu P4631-03 Available from other vendors.
Computer Any vendor.
DAQ National Instruments USB X Series
Labview software for motorized stages National Instruments Optional. Custom program.
Labview software for collecting detector data National Instruments Optional. Custom program.
Assorted posts, optics mounts, bases, and forks
1" Gold mirrors Any vendor.
Chopper and controller Any vendor. SRS Model SR540 Optional. Depends on detector being used.
Table 3. Materials for In-situ Tapering Procedure.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Marandi, A., Rudy, C. W., Plotnichenko, V. G., Dianov, E. M., Vodopyanov, K. L., Byer, R. L. Mid-infrared supercontinuum generation in tapered chalcogenide fiber for producing octave-spanning frequency comb around 3 μm. Optics Express. 20, 24218-24225 (2012).
  2. Schliesser, A., Picque, N., Hansch, T. W. Mid-infrared frequency combs. Nature Photonics. 6, 440-449 (2012).
  3. Diddams, S. A., Hollberg, L., Mbele, V. Molecular fingerprinting with the resolved modes of a femtosecond laser frequency comb. Nature. 445, 627-630 (2007).
  4. Thorpe, M. J., Balslev-Clausen, D., Kirchner, M. S., Ye, J. Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: application to human breath analysis. Optics Express. 16, 2387-2397 (2008).
  5. Sears, C. M. S., Colby, E., England, R. J., Ischebeck, R., McGuinness, C., Nelson, J., Noble, R., Siemann, R. H., Spencer, J., Walz, D., Plettner, T., Byer, R. L. Phase stable net acceleration of electrons from a two-stage optical accelerator. Physical Review Letters. 11, 101301 (2008).
  6. Popmintchev, T., Chen, M. C., Arpin, P., Murnane, M. M., Kapteyn, H. C. The attosecond nonlinear optics ofbright coherent X-ray generation. Nature Photonics. 4, 822-832 (2010).
  7. Dudley, J. M., Taylor, J. R. Supercontinuum generation in optical fibers. , Cambridge University Press. (2010).
  8. Birks, T. A., Wadsworth, W. J., Russell, P. S. J. Supercontinuum generation in tapered fibers. Optics Letters. 25, 1415-1417 (2000).
  9. Leindecker, N., Marandi, A., Byer, R. L., Vodopyanov, K. L. Broadband degenerate OPO for mid-infrared frequency comb generation. Optics Express. 19, 6296-6302 (2011).
  10. Liao, M., Yan, X., Gao, W., Duan, Z., Qin, G., Suzuki, T., Ohishi, Y. Five-order SRSs and supercontinuum generation from a tapered tellurite microstructured fiber with longitudinally varying dispersion. Optics Express. 19, 15389-15396 (2011).
  11. Mägi, E. C., Steinvurzel, P., Eggleton, B. J. Tapered photonic crystal fibers. Optics Express. 12, 776-784 (2004).
  12. Ozeki, T., Kawasaki, B. S. Optical directional coupler using tapered sections in multimode fibers. Applied Physics Letters. 28, 528-529 (1976).
  13. Yataki, M. S., Payne, D. N., Varnahm, M. P. All-fibre wavelength filters using concatenated fused-taper couplers. Electronic Letters. 21, 248-249 (1985).
  14. Chandalia, J. K., Eggleton, B. J., Windeler, R. S., Kosinski, S. G., Liu, X., Xu, C. Adiabatic coupling in tapered air-silica microstructured optical fiber. IEEE Photonics Technology Letters. 13, 52-54 (2001).
  15. Mora, J., Díez, A., Fonjallaz Andréz, P. Y., Popov, M. Tunable dispersion compensator based on a fiber Bragg grating written in a tapered fiber. IEEE Photonics Technology Letters. 16, 2631-2633 (2004).
  16. Rusu, M., Herda, R., Kivistö, S., Okhotnikov, O. G. Fiber taper for dispersion management in a mode-locked ytterbium fiber laser. Optics Letters. 31, 2257-2259 (2006).
  17. Alfanao, R. R., Shapiro, S. L. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glass. Physical Review Letters. 24, 584-587 (1970).
  18. Eggleton, B. J., Luther-Davies, B., Richardson, K. Chalcogenide photonics. Nature Photonics. 5, 141148 (2011).
  19. Snopatin, G. E., Shiryaev, V. S., Plotnichenko, V. G., Dianov, E. M., Churbanov, M. F. High-purity chalcogenide glasses for fiber optics. Inorganic Materials. 45, 1439-1460 (2009).
  20. Harbold, J. M., Ilday, F. O., Wise, F. W., Sanghera, J. S., Nguyen, V. Q., Shaw, L. B., Aggarwal, I. D. Highly nonlinear As-S-Se glasses for all-optical switching. Optics Letters. 27, 119-121 (2002).
  21. Hudson, D. D., Dekker, S. A., Magi, E. C., Judge, A. C., Jackson, S. D., Li, E., Sanghera, J. S., Shaw, L. B., Aggarwal, I. D., Eggleton, B. J. Octave spanning supercontinuum in an As2S3 taper using ultralow pump pulse energy. Optics Letters. 36, 1122-1124 (2011).
  22. Domachuk, P., Wolchover, N. A., Cronin-Golomb, M., Wang, A., George, A. K., Cordeiro, C. M. B., Knight, J. C., Omenetto, F. G. Over 4000 nm bandwidth of mid-IR supercontinuum generation in sub-centimeter segments ofhighly nonlinear tellurite PCFs. Optics Express. 6, 7161-7168 (2008).
  23. Hu, J., Menyuk, C. R., Shaw, L. B., Sanghera, J. S., Aggarwal, I. D. Maximizing the bandwidth of supercontinuum generation in As2Se3 chalcogenide fibers. Optics Express. 18, 6722-6739 (2010).
  24. El-Amraoui, M., Fatome, J., Jules, J. C., Kibler, B., Gadret, G., Fortier, C., Smektala, F., Skripatchev, I., Polacchini, C. F., Messaddeq, Y., Troles, J., Brilland, L., Szpulak, M., Renversez, G. Strong infrared spectral broadening inlow-loss As-S chalcogenide suspended core microstructured optical fibers. Optics Express. 18, 4547-4556 (2010).
  25. Marandi, A., Leindecker, N., Byer, R. L., Vodopyanov, K. L. Coherence properties of a broadband femtosecond mid-IR optical parametric oscillator operating at degeneracy. Optics Express. 20, 7255-7262 (2012).
  26. Dudley, J. M., Coen, S. Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers. Optics Letters. 27, 1180-1182 (2002).
  27. Corwin, K. L., Newbury, N. R., Dudley, J. M., Coen, S., Diddams, S. A., Weber, K., Windeler, R. S. Fundamental noise limitations to supercontinuum generation in microstructure fiber. Physical Review Letters. 90, 113904 (2003).
  28. Birks, T. A., Li, Y. W. The shape of fiber tapers. Journal of Lightwave Technology. 10, 432-438 (1992).
  29. Churbanov, M. F. High-purity chalcogenide glasses as materials for fiber optics. Journal of Non-Crystalline Solids. 184, 25-29 (1995).

Tags

الفيزياء، العدد 75، والهندسة، والضوئيات والبصريات وأطياف الأشعة تحت الحمراء، والبصريات غير الخطية، والألياف البصرية، والدليل الموجي البصري، موجة الانتشار (البصريات)، والألياف البصرية، والبصريات الأشعة تحت الحمراء والألياف مستدق، chalcogenide، جيل supercontinuum، في منتصف الأشعة تحت الحمراء،
<em>في الموقع</em> مستدق من الألياف Chalcogenide لتوليد Supercontinuum منتصف الأشعة تحت الحمراء
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rudy, C. W., Marandi, A.,… More

Rudy, C. W., Marandi, A., Vodopyanov, K. L., Byer, R. L. In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation. J. Vis. Exp. (75), e50518, doi:10.3791/50518 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter