Het schrijven van Bragg Roosters in Multicore Fibers
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
Bragg roosters (VBR) worden veel gebruikt als smalband filters omdat ze kunnen worden aangepast voor een groot aantal toepassingen 1. Zij zijn niet beperkt tot onderdrukking enkele golflengten; complex transmissie spectra kunnen worden gemaakt door het gebruik van aperiodische brekingsindex variaties 2. Een beperking is dat VBR alleen kan worden ingeschreven in single-mode vezels (SMF), als de golflengte die wordt onderdrukt gedurende een bepaalde rasterperiode afhankelijk van de propagatieconstante. In een multimode vezel (MMF), waarbij elke modus een verschillende propagatieconstante, onderdrukte golflengte voor elke modus is anders en daarom het raster geen sterke onderdrukking geven op een bepaalde golflengte.
De impuls voor dit experiment komt uit de astronomie. Under-seeing beperkte voorwaarden, directe koppeling naar een SMF is moeilijk en inefficiënt; extreme adaptieve optiek zijn verplicht om dit te doen 3. Vanwege dit, geldmarktfondsen zijn typtisch gebruikt bij het verzamelen van licht van de telescoop focal plane 4. Derhalve om de functionaliteit alleen SMF houden, is het noodzakelijk om efficiënte omzetting tussen SMF en geldmarktfondsen hebben. Dit wordt mogelijk gemaakt door de fotonische lantaarn, een inrichting die bestaat uit een multimode poort verbonden met een reeks SMF via een tapse overgang 5. Fotonische lantaarns werden gebruikt in de GNOSIS instrument, waarbij de SMF's VBR atmosferische emissielijnen verwijderen (door OH radicalen en andere moleculen) van nabij-infrarood observaties 6. De nadelen van het gebruik van afzonderlijke, eenaderige SMF voor deze taak zijn dat zij moeten worden gesteld één voor één afzonderlijk gesplitst in de optische trein en vereist veel tijd en handmatige inspanning. De in dit artikel beschreven techniek probeert deze tekortkomingen met een complexere vezels formaat naar de single-mode functionaliteit pakken.
De volgende generatie OH supprsessieschijven instrument PRAXIS 7 maakt gebruik van multi-core vezels (MCFs) te maken. Deze vezels bevatten een aantal single-moded cores ingebed in een enkele bekleding. Het voordeel van deze aanpak is dat de MCF kan taps toelopen in een MMF de resulterende fotonische lantaarn die een compacte en robuuste onafhankelijke eenheid. In de voltooide instrument, zal het licht van de telescoop worden gekoppeld in de MMF-poort van de lantaarn; de taps toelopende overgang zal dit licht te scheiden in de single-mode kernen, waar het door de FBG's zal passeren. Na de golflengte filtreren van de resterende licht wordt verdeeld op een detector, de spectra verzameld.
Met behulp van MCFs ook versnelt het proces van het schrijven van roosters, omdat alle cores kan worden ingeschreven in een single-pass. Wel moet de schrijfproces teneinde worden gemodificeerd zodat alle kernen dezelfde reflectiekarakteristieken. Dit komt doordat het gebogen oppervlak van de bekleding werkt als een lens bij zijdelingse het schrijven van de VBR, resUlting in een UV-veld die varieert in kracht en de richting bij elke kern als de standaard side-writing methode wordt gebruikt. Vandaar dat elke kern een andere transmissie profiel, en de vezel zal geen sterke onderdrukking op een enkele golflengte 8.
Een groep aan de Naval Research Laboratory geëxperimenteerd met het modificeren van de distributie en lichtgevoeligheid aders om de effecten van deze variatie 9 annuleren. Het nadeel van een dergelijke benadering is dat de vezel moet worden herontworpen voor elke combinatie van bekleding grootte, kern, aantal kernen en chemische samenstelling. Bovendien, het ontbreken van axiale symmetrie in de resulterende ontwerpen betekent dat de MCF niet effectief kan taps toelopen in een MMF met een ronde kern. Deze paper Gegevens een andere benadering van het probleem: wijzigen van de voorwaarden op de vezel doordat het door een vlak oppervlak passeert in plaats van direct invalt op de gebogen bekleding. Met deze aanpak resulteert in eentechniek die overdraagbaar is aan een verscheidenheid van MCF uitvoeringen en afmetingen, met name de axiaal symmetrische vezels die we willen nemen in fotonische lantaarns.
De nodige vlakke oppervlak te creëren, wordt de MCF geplaatst in een UV-transparante capillaire buis die is geslepen en gepolijst aan één zijde een vlakke buitenwand geven. Een kleine opening gelaten worden tussen de vezels en capillaire, omdat deze laatste ± 10 urn variaties in diameter bevatten. Zie Figuur 1 voor een afbeelding. Dit papier wordt de experimentele procedure beschrijven VBR op deze manier schrijven en voorbeelden van de mogelijke verbeteringen. Voor meer informatie zie eerder gepubliceerde simulaties 10 en experimentele resultaten 11.
Figuur 1. Diagram van gepolijst capillair zoals in FBG production. De MCF is geplaatst binnen het capillair. De kloof tussen de twee moet klein zijn, maar zorgen voor kleine variaties in diameter. De UV-licht dat door de fase masker is gepasseerd gaat dan het systeem via de platte kant van het capillair. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figuren 2 en 3 tonen tezamen dat het inbrengen van het gepolijste capillair (PCT) bij het schrijven roosters voldoende is om de uniformiteit van de kern in de spectra MCFBG verbeteren. De rest van de inscriptie proces is grotendeels ongewijzigd ten opzichte van gevestigde methoden voor het creëren SMF roosters en kan gebruikt worden met de meeste bestaande FBG schriftelijk systemen. Vandaar dat de voorbereiding van de PCT's, zoals beschreven in deel 2 van het protocol is het …
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).
