Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Çok çekirdekli Fibers Bragg Izgaralar Yazma

8.4K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/53326

⸱

20 Nisan 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

Bu makalede

Özet

Çok çekirdekli bir fiberin her bir çekirdeğine aynı fiber Bragg ızgaralarını yazmak için bir teknik açıklıyoruz. Bu, fiber kaplamanın kavisli yüzeyi tarafından merceklenmeyi azaltmak için optik yola ek bir yüzey eklenerek elde edilir.

Özet

Fiber Çok çekirdekli fiberlerdeki Bragg ızgaraları, astronomik ve diğer araştırma ve ticari uygulamalarda kompakt ve sağlam filtreler olarak kullanılabilir. Tek bir dalga boyunda güçlü bastırma, tüm çekirdeklerin eşleşen iletim profillerine sahip olmasını gerektirir. Bu ızgaralar, tek çekirdekli fiberlerle aynı yöntem kullanılarak yazılamaz, çünkü kaplamanın kavisli yüzeyi bir mercek görevi görür, gelen UV lazer ışınını odaklar ve çekirdekler arasındaki maruziyette değişikliklere neden olur. Bu nedenle, çok çekirdekli fiberin enine kesitinden geçerken ışın şeklinin değişmemesini sağlamak için ek bir optik eleman kullanıyoruz. Bu, bir tarafı düz bir şekilde parlatılmış ve daha sonra yazılacak elyaf bölümünün üzerine yerleştirilen bir cam kılcal borudan oluşur. Lazer ışını, kılcal borunun düz yüzeyinden fibere girer ve böylece orijinal boyutlarını korur. Bu makale, bu yöntemi kullanarak 7 çekirdekli bir fiber için çekirdekten çekirdeğe tekdüzelikteki iyileştirmeleri göstermektedir. Teknik, daha büyük çok çekirdekli liflere genelleştirilebilir.

Giriş

Fiber Bragg ızgaralar (FBGs) yaygın nedeni onlar uygulamalar 1 çok sayıda için özelleştirilebilir aslında dar filtreler olarak kullanılırlar. Bunlar, tek dalga boyu bastırılması ile sınırlı değildir; Karmaşık iletim spektrumu periyodik olmayan kırılma indisi varyasyonları 2 kullanımı ile oluşturulabilir. Bir sınırlama, belirli bir rendeleme süre için bastırılır dalga yayılımı sabitine bağlı olarak FBGs yalnızca tek modlu fiber (SMFs) içinde yazılı olmasıdır. Her mod farklı bir yayılım sabiti olan bir çok modlu fiber (MMF), ise, her mod için bastırılmış dalga boyu farklı ve dolayısıyla ızgara herhangi bir tek dalga boyunda güçlü bastırma vermez.

Bu deney için itici güç astronomi geliyor. görme sınırlı koşullar altında, SMF direkt birleştirme zordur ve verimsiz olduğu; Aşırı uyarlamalı optik yani 3 yapmak için gereklidir. Bu nedenle, MMFs tipik olarakteleskopun odak düzleminde 4 ışık toplarken ically kullanılır. Bu nedenle, sadece SMFs kullanılabilir özelliğe tutmak amacıyla, SMFs ve MMFs arasında etkili dönüştürme için gereklidir. Bu fotonik fener, konik geçiş 5 ile SMFs bir diziye bağlı olan bir çoklu bağlantı oluşan bir cihaz ile mümkün olmaktadır. Fotonik fenerler SMFs yakın kızılötesi gözlemler 6 (OH radikalleri ve diğer moleküllerin neden olduğu) atmosfer emisyon çizgilerini kaldırmak FBGs ihtiva ettiği Gnosis'in enstrüman, kullanılmıştır. Bu görev için bireysel, tek çekirdekli SMFs kullanmanın sakıncaları da teker teker yazılı ve önemli bir zaman ve manuel çaba gerektiren, optik trene tek tek eklenmiş olması gerektiğini vardır. Bu makalede açıklanan teknik tek modlu işlevselliği sağlamak için daha karmaşık bir lif biçimini kullanarak bu eksiklikleri gidermek için çalışır.

Yeni nesil OH SUPPRsalgılamanın enstrüman PRAXIS 7 çok çekirdekli fiberlerin (MCFs) kullanımını yapacaktır. Bu lifler, tek bir kaplama içine gömülü tek moded çekirdek herhangi bir sayıda içerebilir. Bu yaklaşımın avantajı MCF sonuçlanan fotonik fener kompakt ve sağlam kendi kendine yeten birim olmanın bir MMF içine konik olmasıdır. tamamlanan enstrümanda, teleskop ışık fener MMF portuna bağlanmış olacak; Konik geçiş o FBGs geçecek tek modlu çekirdek içine bu ışık ayıracaktır. geri kalan açık filtre dalga boyu detektörü üzerine dağılmış sonra spektrumu toplanmıştır.

tüm çekirdekler tek geçişte yazılı edilebilir kullanarak MCFs da, yazma ızgaraların sürecini hızlandırır. Bununla birlikte, yazma işlemi tüm çekirdekler aynı yansıtma özelliklerine sahip olmasını sağlamak için, modifiye edilmelidir. kaplama kavisli yüzey FBGs, res yan yazma sırasında bir lens gibi davranır çünkü buStandart yan yazma yöntemi kullanıldığı takdirde her özünde güç ve yönde değişen bir UV alanında ulting. Dolayısıyla her bir çekirdek farklı bir iletim profiline sahip olacaktır, ve fiber tek dalga boyunda 8 güçlü bastırma vermeyecektir.

Donanma Araştırma Laboratuarında bir grup, bu varyasyonun 9 etkilerini iptal etmek için çekirdeklerin dağılımı ve ışığa değiştirerek denedi. Bu tür bir yaklaşım kullanarak olumsuz bir elyaf kaplaması boyutu, ana boyutu, çekirdek ve kimyasal bileşimin numarası her kombinasyonu için yeniden zorunluluğudur. Buna ek olarak, sonuçta elde edilen tasarımlarda eksenel simetrisi olmaması MCF etkili dairesel iç kısım ile MMF olarak azaltılarak anlamına gelir. Bu yazıda sorununa farklı bir yaklaşım detayları: o düz bir yüzeye geçmek zorunda yerine kavisli kaplama doğrudan olayı kalarak lif içinde alanını değiştirerek. Bu yaklaşımı kullanarak, bir sonuçlanırMCF tasarımları ve boyutları, biz fotonik fenerler içine dahil olmak isteyen eksenel simetrik elyaflar çeşitli aktarılabilir tekniği.

Gerekli düz bir yüzey oluşturmak için MCF yassı bir dış duvar elde bir tarafında şasiye ve cilalı bir UV-transparan kılcal tüp içine yerleştirilir. İkinci çapı ± 10 mikron varyasyonları içerebilir çünkü küçük bir boşluk, lif ve kılcal arasında bırakılmalıdır. Bir temsili için Şekil 1'e bakınız. Bu yazıda bu şekilde FBGs yazma ve olası gelişmeler örneklerini sunmak için deneysel prosedür anlatacağız. Daha fazla bilgi için daha önce yayınlanan simülasyonları 10 ve deney sonuçlarını 11 bkz.

figure-introduction-1
Parlatılmış kılcal tüp Şekil 1. diyagram FBG üründe kullanılanİyon. MCF kılcal tüp içine yerleştirilir. ikisi arasındaki boşluk küçük ancak çapı küçük varyasyonlar için izin vermelidir. Faz maske geçti UV ışığı daha sonra kılcal tüpün düz tarafı ile sisteme girer. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Cilalı Kılcal Tüpler hazırlanması 1. (ANFF OptoFab)

  1. yakın elyaf çapı eşleşen iç çapı ile cam kılcal boruları elde edilir. iyi performans, boyut olarak daha yakın fakat kılcal kanal büyüklüğü, bir ± 10 um varyasyonu için izin olduğundan emin olun. kılcal tüpler herhangi koruyucu kaplama çıkarın. tüpler zarar vermeden bunları kaldırmak için bir jilet ile kaplamaların traş.
  2. Gerekirse küçük bir çapa kılcal tüpler Konik. Varsa bir bilgisayar kontrollü otomatik sivri makinesi kullanın.
    1. her iki ucunda da kelepçeler ile bir boru uzunluğunu elde edin.
    2. kelepçeler arasında yer alan bir sıcak tel kullanılarak çapı etrafında eşit ergime noktası için kılcal ısıtın.
    3. İstenen uzunlukta küçük çapa konik kadar sabit bir gerilim ile ısıtma elemanı boyunca kılcal çizin.
  3. yaklaşık olarak eşit uzunlukta wi içine kılcal tüp Kesilmişcam kesme aleti th. Bu amaçlanan ızgara uzunluğundan daha uzun ancak kullanılan parlatma ekipmanları sığacak kadar küçük en az 2 cm olduğundan emin olun. Not: Bu deney için, 7 cm bir kılcal uzunluğu kullanılmıştır.
  4. UV-kurutmalı tutkal kullanarak cam diski kılcal uzunlukları 8-10 takın. alıştırma / cila makinesi ile uyumlu bir jig üzerine cin takın.
  5. düz bir yüzeye kılcal tüpler maruz duvarlar öğütmek için alıştırma / parlatma makinesi kullanın. DİKKAT: gevşek kum teneffüs etmeyin. Not: Aşındırıcı elemanı ters-osmoz saf su bir süspansiyona Al 2 O 3'dür.
    1. Kılcal duvarın kalan kalınlığı yaklaşık 70 mikron kadar 25 mikron zımpara kağıdı kullanın. kaldırıldı miktarı öğütme ve dolayısıyla sırasında jig yer değiştirmesine ölçmek için bir mikrometre kullanın.
    2. 5 mikron kum geçin ve duvarın kalan kalınlığı yaklaşık 50 mikron kadar eziyet.
  6. alkalin dağılma (NaOH) yüksek saflıkta kolloidal silika ile en az 3 saat süreyle basık parlatmak için alıştırma / parlatma makinesi kullanın. Not: Bu, optik kalite yüzeyi geri. silika çözeltisi parlatma 3 kısım 1 kısım 0.004 M NaOH eklenerek katılaşmasını önlenebilir.
  7. aseton içinde gece boyunca ıslatarak tutma diski kılcal tüpler ayırın.
  8. Duvar kalınlığı kontrol etmek için 10X büyütme ile mikroskop altında her iki ucunda kılcal tüpler inceleyin. Not: Kaliteli kılcal uzunluğu boyunca üniform ince (~ 50 mikron) duvar olacaktır.

Gratings 2. oluşturulması

  1. ışığa geliştirmek için MCF hidrojene.
    1. kapalı bir hava geçirmez bir bölme içine hidrojenlenecek liflerin yerleştirin. DİKKAT: odasını emin olun güvenli dolayı basınçlı gazların varlığı cıvatalı.
    2. Odasına yüksek saflıkta H 2 pompa. Kullanım N2 gaz basıncını artırmak için.
    3. Uzun bir süre için oda içinde elyafların boş: 300 bar ve oda sıcaklığında 2 hafta ya da 380 bar ve 80 ° C'de 3 gün.
    4. bölmesinden havalandırma gazı sebep olmaktadır ve lifler çıkarın. DİKKAT: room emin olun iyi havalandırılan. Gazlar H 2 durumunda asfiksanlar veya yangın riski olarak hareket edebilir.
    5. sıcaklık ile bir dondurucu içinde liflerin edin -70 ° C ya da altında kullanıldıkları kadar. Bu hidrojen gaz çıkması hızını yavaşlatır ve artan ışığa korur.
  2. MCF koruyucu kaplama şerit. Şerit MCFs standart SMF lif striptizci ile SMFs aynı boyutta; Aksi takdirde bir jilet ile kaplama traş. ızgara tüm yol fiber sonuna kadar, yazılacak olan bölgeden kaplama çıkarın.
  3. kılcal tüp içine lif sıyrılmış ucunu yerleştirin ve b bölgeyi kaplayacak şekilde fiber boyunca tüp slayt e yazılı.
  4. UV koruyucu gözlük koymak. faz maskesi doğru açılı kılcal tüpün düz tarafı ile, faz maskesi tutan hareketli sahnede lif monte edin. hasara neden olabilir, bu da maskeyi kendisi dokunarak lif maske tarafından oluşturulan girişim deseni içinde konumlandırılmış değil, emin olun.
  5. kiriş faz maskesi düz bir yüzeye dik olacak şekilde 244 nm lazer hizalayın. fiber lazer gücünün en az 90 mW almasını sağlamak.
  6. 0.25 mm / dakika arasında bir oranda, gelen ışına göre birlikte lif ve faz maskesi hareket UV girişim desenine fiber 4 cm'lik bir uzunlukta serbest kalırlar.
  7. liften kılcal tüp kaldırmak.
  8. Dalga boyu yanıt stabilize 20 saat 110 ° C de ızgara tavlanması. ızgara yaklaşık üç gün boyunca tek başına stabilize edecek gibi bu adım isteğe bağlıdır, ancak tavlama hızlı işlem yapar: Not.
Spectra e_title "> 3. Analiz

  1. Her iki elyaf uçlarının bölmektedir. Kullanıcı, bir düz uç yüzey sağlamak için lif çapı ve gerilimi, her iki set için izin veren bir elyaf balta kullanın.
  2. yaklaşık Bragg dalga boyuna uyumlu merkezi bir dalga boyuna sahip ayarlanabilir bir lazer kullanılarak lifin bir ucunu aydınlatır.
  3. görüntülemek ve fiber çıkış kayıt kontrol yazılımı ile bir PC'ye bir CCD kamera bağlayın. Görüntü tüm çekirdekler birden CCD piksel kapsayacak emin olmak için kamera önünde 50X büyütme ile mikroskop objektif lens kullanarak CCD kamera ile fiber çıkış. Not: Aşağıdaki 3.4.1 adımları - 3.5.5 yazarları tarafından kullanılan özel yazılım özgüdür ve spektrumları yakalama yalnızca bir yöntemi temsil etmektedir.
    1. onlar kontrol yazılımı resimde gözüken olarak çekirdek merkezleri tıklayarak her çekirdeğe gelen piksel bir dairesel bölge seçin. 'Uzunluk veya Çap & piksel birimlerinin çekirdek çapını girin# 39; alanı.
    2. Seçilen bölgeler için kamera tarafından kaydedilen piksel değerlerini kaydedin. Bu dalga boyunda toplam verimi ölçmek için belirli bir çekirdeği kapsayan tüm pikseller için değerlerin toplamını.
  4. Gözlemler ve Bulgu Toplanması otomatik şekilde kontrol bilgisayara ayarlanabilir lazer bağlayın.
    1. 'Start Dalgaboyu' alanına bir dalgaboyu Bragg dalga boyunun altında yaklaşık 5 nm girin.
    2. 0.01 nm lazer dalga boyu artışı Set 'Scan - Adım' alanına. Not: Ölçümler kaydedilir ve bir sonraki dalga boyu adımı meydana edilmeden önce bu lazer uygulaması her dalga boyunda kararlı yani en az 300 msn adımlar arasındaki gecikmeyi ayarlayın.
    3. 'End Dalgaboyu' alanında Bragg dalga boyu daha yaklaşık 5 nm büyük bir dalga boyuna girin.
    4. tanımlanan Başlangıç ​​Dalgaboyu için lazer ayarlamak için "Otomatik Tarama 'düğmesine tıklayın ve dede seçilen artış ile dalga boyunu artırmaklar zaman aralıklarında.
    5. Her dalga boyu adımı için her çekirdek aracılığıyla iletilen yoğunluğu kaydedin. seçeneği 'Metin Kaydet Dosya' sağlayarak bir metin dosyasına hesaplanan değerler ihracat.
  5. tarama al en az 3 kez tekrarlayın ve bütün çalışır gelen verilerin ortalamasını.
  6. her çekirdek spektrumları bir dizi oluşturmak için Plot dalga boyu karşı güç aktarılır.
    1. Aynı bastırma özelliklerine sahip olup olmadığını teyit etmek için her çekirdek spektrumları karşılaştırın. Her ızgara maçın orta dalga boyu, derinliği ve bant genişliği kontrol edin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Bu tekniğin etkinliği iyi ve kılcal olmayan maruz kalma gibi çok çekirdekli fiber Bragg ızgaraları (MCFBGs) karşılaştırma ile ortaya konmuştur. Bireysel ile 2 MCF SMFs için standart yöntem kullanılarak ortaya 7 iç iletimi özelliklerini göstermektedir farklı renklerle temsil çekirdek spektrumları. Orada en az örtüşme bastırılmış dalga boyları arasında ve çekirdek 5. sığ çentik sonuçlanan zayıf poz aldı. Her iki etkiler yazma işlemi sırasında lif içindeki ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Şekil 2 ve 3 bir araya ızgaralar yazarken perdahlı kılcal tüp (PCT) verilmesi MCFBG çekirdek spektrumları üniformluğunu artırmak için yeterli olduğunu göstermektedir. yazıt sürecinin geri kalanı SMF ızgaralar oluşturma ve varolan çoğu AKŞ yazı sistemleri ile kullanılabilir kurulan yöntemler büyük ölçüde değişmez. Bu nedenle protokolün 2. bölümünde PCT'lerin hazırlanması belirtilen MCFBG tekdüzelik geliştirmek için en kritik öneme sahiptir. En iyi sonuçlar cilalı duvar tutarlı, küçük...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

SAIL laboratuvarları, JBH'nin Avustralya Araştırma Konseyi'nden Avustralya Laureate Bursu aracılığıyla finanse edilmektedir.

Bu araştırma, Avustralya Araştırma Konseyi Optik Sistemler için Ultra Yüksek Bant Genişlikli Cihazlar Mükemmeliyet Merkezi (proje numarası CE110001018) tarafından desteklenmiştir.

Deneysel çalışma, kısmen Avustralya Ulusal Üretim Tesisi'nin OptoFab düğümünde, NCRIS ve NSW eyalet hükümeti finansmanı kullanılarak gerçekleştirildi. Fiber hidrojenasyon hizmetleri, Redfern'deki TE Connectivity tarafından sağlandı. SLS, bu deneyde kullanılan 7 çekirdekli fiberi sağladığı için Japonya'daki Fujikura Ltd, Optik ve Elektronik Laboratuvarı'na teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Çok çekirdekli fiberFujikura Ltd.Çapı 5.5 olan 7 çekirdek  &mikro; m, çekirdek ayırma 35  &mikro; m, altıgen olarak 125 & mikro içinde düzenlenmiş; m kaplama, NA = 0.177
Cam sivriltme makinesiVytranGPX-3000
UV lazerTutarlı300 FreD InnovaFrekans iki katına çıktı 244  nm, en az 150 mW çıkış. DİKKAT: göz hasarı; uygun gözlük takın
Faz maskesiLasirisPM-244-1069.50-50.8Özel bileşen, 1069.50 nm ızgara süresi, 5.08 mm kalınlık
Kılcal borularPolimikroTSP200794İç çap 200 &mikro; m, dış çap 794 & m
Lepleme makinesiLogitechPM5Kombinasyon öğütücü/parlatıcı
UV ile kürlenebilen yapıştırıcıNorlandNOA-61Hızlı kürlenir, aseton Microgrit ile çıkarılabilir
EminessAl2O3: 25 & mikro; m ve 5 &mikro; m parçacık boyutu
Parlatma sıvısıEminessULTRA-SOL 500SSF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 GAL
Sodyum hidroksit0.004  M
Fiber baltaVytranLDC-400
Ayarlanabilir lazerJDS UniphaseSWS15101
IR KameraXenicsXEVA-1429320x256 piksel, 16 bit çözünürlük
FırınThermoline ScientificLDO-030NT = 110 'de tavlama için; ° C
Hidrojen gazıBOCElyafı hidrojene etmek için. DİKKAT: hidrojenasyon için yanıcı, basınçlı gaz
Azot gazıBOCBooster. DİKKAT: basınçlı gaz
Aseton
Tıraş Bıçağı

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Fiber Bragg IzgaralarK lcal Boru Y ntemiUV Lazer Yaz mFaz Maskesi Hizalamasekirdekten ekirde e Tekd zelikDalga Boyu Bast rmaFiber Optik CilalamaTransmisyon Profili E le tirmeAstronomik Uygulamalar
Çok çekirdekli Fibers Bragg Izgaralar Yazma
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.