Escrevendo redes de Bragg em fibras Multicore

Summary

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

Abstract

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

Introduction

Grades Bragg de fibra (FBGs) são amplamente utilizados como filtros de banda estreita devido ao fato de que pode ser personalizado para um grande número de aplicações ^1. Eles não se limitam a supressão de comprimentos de onda individuais; complexo espectros de transmissão pode ser criado através da utilização de variações do índice de refracção aperiódicos ^2. Uma limitação é que GBFs só pode ser inscrito em fibras monomodo (SMFs), tal como o comprimento de onda que é suprimido para um dado período de reticulação depende da constante de propagação. Em uma fibra multimodo (MMF), em que cada modo tem uma constante de propagação diferente, o comprimento de onda para cada modo suprimida é diferente e, portanto, a grade não dá supressão forte em qualquer comprimento de onda único.

O ímpeto para esta experiência vem da astronomia. Sob condições limitadas vê, acoplamento direto em um SMF é difícil e ineficiente; óptica adaptativa extremas são obrigados a fazê-lo ^3. Devido a isto, são FMM Tipocamente usados ​​aquando da recolha de luz a partir do plano focal do telescópio ^4. Por conseguinte, a fim de manter a funcionalidade disponível apenas para SMF, é necessário ter uma conversão eficiente entre SMF e FMM. Isto é tornado possível com a lanterna fotónica, um dispositivo que consiste de uma porta multimodo ligado a uma matriz de SMF através de um cone de transição ^5. Lanternas Photonic foram usadas no instrumento GNOSE, em que o SMF continha GBFs para remover linhas de emissão atmosférica (causada por radicais OH e outras moléculas) a partir de observações do infravermelho próximo ^6. As desvantagens de usar, SMFs single-core individuais para essa tarefa são de que eles devem ser escritos um por um e emendados individualmente no trem óptico, o que requer um tempo significativo e esforço manual. A técnica descrita neste artigo tenta resolver estes problemas, utilizando um formato de fibra mais complexa para fornecer a funcionalidade de modo único.

O suppr OH próxima geraçãoinstrumento ESSÃO PRAXIS ⁷ vai fazer uso de fibras multi-core (MCFs). Estas fibras conter qualquer número de núcleos individuais-moded incorporados num único revestimento. A vantagem desta abordagem é que o MCF pode ser afunilada para um MMF com a lanterna fotónica resultante ser uma unidade auto-contida compacto e robusto. No instrumento completada, a luz do telescópio vai ser acoplada à porta de MMF da lanterna; a transição cone vai separar essa luz para os núcleos de modo único onde ele vai passar pelo FBGs. Após a filtragem de comprimentos de onda da luz remanescente é disperso, a um detector, os espectros recolhidos.

Usando MCFs também acelera o processo de escrita grades, como todos os núcleos pode ser inscrito em uma única passagem. No entanto, o processo de gravação deve ser modificado de modo a assegurar que todos os núcleos têm as mesmas características de reflexão. Isto é porque a superfície curva do revestimento actua como uma lente durante lado-a escrita das GBFs, resulting em um campo UV que varia em poder e direção em cada núcleo se o método de lado a escrita padrão é usado. Assim, cada núcleo terá um perfil de transmissão diferente, e a fibra não irá proporcionar a supressão forte a um único comprimento de onda ^8.

Um grupo no Laboratório de Pesquisa Naval experimentou modificar a distribuição e fotossensibilidade de núcleos para cancelar os efeitos dessa variação ^9. A desvantagem de usar essa abordagem é que a fibra deve ser redesenhado para cada combinação de tamanho de revestimento, tamanho do núcleo, número de núcleos e composição química. Além disso, a falta de simetria axial nos desenhos resultantes significa que o MCF não pode ser eficazmente afunilada numa MMF com um núcleo circular. Este papel detalha uma abordagem diferente ao problema: modificando o campo no interior da fibra por ter que passar através de uma superfície plana em vez de ser directamente incidente sobre o revestimento curvo. Usando essa abordagem resulta em umatécnica que é transferível para uma variedade de modelos e tamanhos MCF, particularmente as fibras axialmente simétricas que queremos incorporar lanternas fotônicos.

Para criar a superfície plana necessária, o MCF é colocado dentro de um tubo capilar transparente ao UV que tenha sido triturado e polido de um lado para dar uma parede exterior plana. Um pequeno intervalo deve ser deixado entre a fibra e capilar, uma vez que este último pode conter ± 10 um de diâmetro variações. Veja a Figura 1 para uma representação. Este documento descreve o procedimento experimental para escrever FBGs desta maneira e fornecer exemplos de possíveis melhorias. Para mais informações veja simulações previamente publicados ¹⁰ e resultados experimentais ^11.

Figura 1. Diagrama do tubo capilar polido tal como utilizado no produto FBGde iões. O MCF é colocado no interior do tubo capilar. A diferença entre os dois deve ser pequeno, mas permitir a pequenas variações de diâmetro. A luz UV que passou através da máscara de fase, em seguida, entra no sistema através do lado plano do tubo capilar. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Protocol

1. Preparação de Polido Capilar Tubes (ANFF OptoFab) Obter tubos capilares de vidro com diâmetro interno estreitamente alinhados ao diâmetro da fibra. O mais próximo em tamanho, melhor o desempenho, mas assegurar que uma variação de ± 10 um de tamanho capilar é permitido para. Remova todos os revestimentos de proteção dos tubos capilares. Raspar revestimentos com uma lâmina de barbear para removê-los sem danificar os tubos. Taper os tubos capilares a um diâmetro menor, se necessário. …

Representative Results

A eficácia desta técnica é melhor demonstrada pela comparação das grades de fibra com vários núcleos de Bragg (MCFBGs) que resultam da exposição com e sem o capilar. A Figura 2 mostra as características de transmissão de um 7-núcleo MCF exposta usando o método padrão para o SMF, com indivíduo Os espectros do núcleo representados por cores diferentes. Não é mínima sobreposição entre os comprimentos de onda reprimidas, e Core # 5 recebeu a exposição …

Discussion

As Figuras 2 e 3 em conjunto mostram que a introdução do tubo capilar polido (PCT) ao escrever grades é suficiente para melhorar a uniformidade do núcleo espectros no MCFBG. O resto do processo de inscrição é praticamente inalterada a partir de métodos estabelecidos para a criação de grades SMF e podem ser usados ​​com a maioria dos sistemas de escrita FBG existentes. Daí a preparação de PCTs conforme descrito na seção 2 do protocolo é mais crítica para melhorar MCF…

Materials

Multicore fiber	Fujikura Ltd.		7 cores with diameter 5.5 µm, core separation 35 µm, hexagonally arranged within 125 µm cladding, NA = 0.177
Glass tapering machine	Vytran	GPX-3000
UV laser	Coherent	300 FreD Innova	Frequency doubled 244 nm, at least 150 mW output. CAUTION: eye damage; wear appropriate goggles
Phase mask	Lasiris	PM-244-1069.50-50.8	Custom component, 1069.50 nm grating period, 5.08 mm thickness
Capillary tubes	Polymicro	TSP200794	Inner diameter 200 µm, outer diameter 794 µm
Lapping machine	Logitech	PM5	Combination grinder/polisher
UV-curable glue	Norland	NOA-61	Cures rapidly, removable with acetone
Microgrit	Eminess		Al2O3: 25 µm and 5 µm particle size
Polishing fluid	Eminess	ULTRA-SOL 500S	SF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 GAL
Sodium hydroxide			0.004M
Fiber cleaver	Vytran	LDC-400
Tunable laser	JDS Uniphase	SWS15101
IR Camera	Xenics	XEVA-1429	320×256 pixel, 16 bit resolution
Oven	Thermoline Scientific	LDO-030N	For annealing at T=110°C
Hydrogen gas	BOC		For hydrogenating fiber. CAUTION: flammable, pressurised gas
Nitrogen gas	BOC		Booster for hydrogenation. CAUTION: pressurised gas
Acetone
Razor blades