كتابة براج حواجز شبكية في ألياف متعددة النواة
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
وتستخدم حواجز شبكية الألياف براج (FBGs) على نطاق واسع مرشحات الضيق يرجع ذلك إلى حقيقة أنها يمكن أن تكون مخصصة لعدد كبير من التطبيقات 1. وهي لا تقتصر على قمع موجات واحدة؛ يمكن إنشاء الأطياف انتقال معقد عن طريق استخدام ادوري الاختلافات معامل الانكسار 2. واحد الحد هو أن FBGs يمكن المدرج فقط في الألياف أحادية النمط (SMFs)، والطول الموجي الذي يتعرض للكبت لفترة صريف معين يعتمد على الانتشار الثابت. في الألياف متعددة (MMF)، حيث كل واسطة لديه ثابت نشر مختلفة، والطول الموجي قمعها لكل وضع مختلف، وبالتالي صريف لا يعطي قمع قوي في أي طول موجي واحد.
الزخم لهذه التجربة يأتي من علم الفلك. في ظل ظروف محدودة الرؤية، واقتران مباشر إلى مفصل من الصعب وغير فعالة. مطلوبة البصريات التكيفية المتطرفة للقيام بذلك 3. وبسبب هذا، MMFs هي الطباعتستخدم ically عند جمع الضوء من طائرة الوصل التلسكوب 4. لذلك من اجل الحفاظ على وظيفة متاحة فقط للSMFs، فمن الضروري أن يكون التحويل الفعال بين SMFs وMMFs. وقد أصبح هذا ممكنا مع فانوس الضوئية، وهو الجهاز الذي يتكون من ميناء المتعدد متصلة مجموعة من SMFs عبر الانتقال تفتق 5. استخدمت الفوانيس الضوئية في الصك الغنوص، الذي SMFs الواردة FBGs لإزالة خطوط الانبعاثات في الغلاف الجوي (الذي تسببه الجذور OH والجزيئات الأخرى) من الملاحظات الأشعة تحت الحمراء القريبة 6. عيوب استخدام الفردية، SMFs أحادية النواة لهذه المهمة هي أنها يجب أن تكون مكتوبة واحدا تلو الآخر وتقسم بشكل فردي في القطار البصرية، والتي تتطلب قدرا كبيرا من الوقت والجهد اليدوي. محاولات تقنية الموضحة في هذه المقالة لمعالجة هذه العيوب باستخدام تنسيق الألياف أكثر تعقيدا لتوفير وظائف-وضع واحد.
الجيل القادم OH supprسوف ession أداة التطبيق العملي 7 الاستفادة من الألياف متعددة النواة (معاملات تحول غاز الميثان). هذه الألياف تحتوي على أي عدد من النوى وحيدة معضد جزءا لا يتجزأ من الكسوة واحدة. وميزة هذا النهج هي أن قدم مكعبة يمكن مدبب إلى MMF مع فانوس الضوئية الناتجة يجري وحدة قائمة بذاتها المدمجة وقوية. في الصك الانتهاء، وعلى ضوء من التلسكوب سوف يقترن بمنفذ MMF من فانوس، فإن الانتقال تفتق فصل هذا الضوء إلى النوى طريقة واحدة حيث أنها سوف تمر عبر FBGs. بعد تفرق الطول الموجي تصفية ضوء المتبقية على كاشف، أطياف جمعها.
أيضا بسرعة باستخدام معاملات تحول غاز الميثان بعملية الكتابة حواجز شبكية، وجميع النوى يمكن المدرج في مسار واحد. ومع ذلك، يجب أن يتم تعديل عملية الكتابة من أجل التأكد من أن جميع النوى لديها خصائص التفكير ذاتها. وذلك لأن سطح منحن من الكسوة بمثابة عدسة خلال جنبا كتابة FBGs، قرارulting في مجال الأشعة فوق البنفسجية التي تختلف في السلطة والتوجيه في كل نواة إذا تم استخدام الطريقة القياسية جنبا إلى الكتابة. وبالتالي كل الأساسية سوف يكون لها الشخصية نقل مختلفة، وسوف الألياف لا توفر قمع قوي عند طول موجي واحد 8.
جربت مجموعة من مختبر بحوث البحرية مع تعديل التوزيع وحساسية للضوء من النوى لإلغاء آثار هذا الاختلاف 9. الجانب السلبي لاستخدام هذا النهج هو أن الألياف لا بد من إعادة تصميم كل مجموعة من حجم الكسوة، وحجم النواة، وعدد من النوى والتركيب الكيميائي. وبالإضافة إلى ذلك، عدم التناظر المحوري في التصاميم الناتجة يعني أن قدم مكعبة لا يمكن مدبب بشكل فعال إلى MMF مع نواة دائرية. تفاصيل هذه الورقة مقاربة مختلفة للمشكلة: تعديل الحقل داخل الألياف من خلال وجود لها بالمرور من خلال سطح مستو بدلا من أن تكون مباشرة الحادث على الكسوة المنحنية. باستخدام هذا النهج يؤدي إلىالأسلوب الذي هو قابل للتحويل إلى مجموعة متنوعة من التصاميم والأحجام قدم مكعبة، لا سيما الألياف متماثل محوريا التي نود أن تدرج في الفوانيس الضوئية.
لإنشاء سطح مستو ضروري، يتم وضع قدم مكعبة داخل الأنابيب الشعرية للأشعة فوق البنفسجية شفافة التي تم الأرض ومصقول على جانب واحد لإعطاء الجدار الخارجي شقة. يجب أن تترك فجوة صغيرة بين الألياف والشعيرات الدموية، حيث أن الأخير قد تحتوي ± 10 ميكرون تغيرات في القطر. انظر الشكل 1 للتمثيل. وتصف هذه الورقة إجراء التجارب لكتابة FBGs بهذه الطريقة، وتقديم أمثلة من التحسينات الممكنة. لمزيد من المعلومات راجع المحاكاة نشرت سابقا 10 والنتائج التجريبية 11.
الشكل 1. رسم تخطيطي لأنبوب شعري مصقول كما تستخدم في المنتجات FBGيتم وضع أيون. وقدم مكعبة داخل الأنابيب الشعرية. وينبغي أن تكون الفجوة بين الاثنين صغيرة ولكنها تسمح لالاختلافات الصغيرة في القطر. ضوء الأشعة فوق البنفسجية التي مرت من خلال القناع المرحلة ثم يدخل النظام من خلال الجانب المسطح من الأنابيب الشعرية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Protocol
Representative Results
Discussion
أرقام 2 و 3 تظهر معا أن إدخال الأنابيب الشعرية مصقول (PCT) عند كتابة حواجز شبكية غير كافية لتحسين توحيد أطياف الأساسية في MCFBG. ما تبقى من عملية الكتابة هي دون تغيير إلى حد كبير من الطرق التي أنشئت لخلق حواجز شبكية SMF، ويمكن استخدامها مع معظم أنظمة الكتاب?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The SAIL labs are funded through JBH’s Australian Laureate Fellowship from the Australian Research Council.
This research was supported by the Australian Research Council Centre of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (project number CE110001018).
Experimental work was performed in part at the OptoFab node of the Australian National Fabrication Facility, utilizing NCRIS and NSW state government funding. Fiber hydrogenation services were provided by TE Connectivity in Redfern. SLS would like to acknowledge the Optics and Electronics Laboratory, Fujikura Ltd, Japan for providing the 7-core fiber used in this experiment.
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 |
References
- Othonos, A. Fiber Bragg gratings. Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4309-4341 (1997).
- 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).
- Jovanovic, N., Guyon, O., Martinache, F., Schwab, C., Cvetojevic, N. How to inject light efficiently into single-mode fibers. Proc. SPIE. 9147, 91477P (2014).
- Bland-Hawthorn, J., et al. A complex multi-notch astronomical filter to suppress the bright infrared sky. Nat. Comm. 2, 581 (2011).
- Leon-Saval, S. G., Argyros, A., Bland-Hawthorn, J. Photonic lanterns. Opt. Express. 18 (8), 8430-8439 (2010).
- Trinh, C. Q., et al. GNOSIS: the first instrument to use fiber Bragg gratings for OH suppression. Astron. J. 145 (2), 51 (2013).
- Content, R., et al. PRAXIS: low thermal emission high efficiency OH suppressed fiber spectrograph. Proc. SPIE. 9151, 91514W (2014).
- 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).
- Askins, C., et al. Inscription of fiber Bragg gratings in multicore fiber. BGPP. , JWA39 (2007).
- Lindley, E., et al. Core-to-core uniformity improvement in multicore fiber Bragg gratings. Proc. SPIE. 9151, 91515F (2014).
- Lindley, E., et al. Demonstration of uniform multicore fiber Bragg gratings. Opt. Express. 22 (25), 31575-31581 (2014).
- 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).
