Запись брэгговских решеток в 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
Волоконных брэгговских решеток (ВБР) широко используются в качестве узкополосных фильтров из -за того , что они могут быть настроены для большого числа приложений 1. Они не ограничиваются подавлением монохромная; сложные спектры передачи могут быть созданы с использованием апериодические изменения показателя преломления среды 2. Одним из ограничений является то, что ВБР может быть вписана только в одномодовых волокон (ОВС), так как длина волны, которая подавляется в течение заданного периода решетки зависит от постоянной распространения. В многомодовом волокне (ММФ), где каждый режим имеет другую постоянную распространения, подавляемых длина волны для каждого режима отличается и, следовательно, решетка не дает сильное подавление в любой одной длине волны.
Толчком для этого эксперимента происходит от астрономии. Под Проводы ограничено условиями, прямая связь в SMF трудно и неэффективно; экстремальные адаптивная оптика требуется сделать это 3. Из-за этого, MMFs являются типовоечески используется при сборе света от телескопа фокальной плоскости 4. Поэтому для того, чтобы сохранить функциональные возможности, доступные только для ОВС, необходимо иметь эффективное преобразование между ОВС и MMFs. Это стало возможным с фотонной фонарем, устройство , которое состоит из многомодового порта , подключенного к массив ОВС через конический перехода 5. Фотонные фонари были использованы в приборе гнозиса, в котором SMF – функции , содержащейся ВБР для удаления атмосферных линий излучения (вызванное радикалов ОН и других молекул) из ближней инфракрасной наблюдений 6. Недостатки использования отдельных одножильных SMF-функции для решения этой задачи является то, что они должны быть написаны по одному и сращены по отдельности в оптический поезд, требующий значительных затрат времени и ручного труда. Техника, описанная в данной статье делается попытка устранить эти недостатки, используя более сложный формат волокна для получения функциональность одномодового.
Следующее поколение OH suppression инструмент PRAXIS 7 будет использовать многоядерные волокон (MCFs). Эти волокна содержат любое количество отдельных ядер-встроенных перебор режимов в одной оболочке. Преимущество этого подхода состоит в том, что ККМ может сужаться в ММФ с результирующим фотонный фонарь быть компактным и надежным автономным устройством. В законченного прибора, свет от телескопа будет соединена в порт ММФ фонаря; переход Конус отделит этот свет в сердечников одномодовых, где он будет проходить через ВБР. После того, как длина волны фильтрации остальной свет рассеивается на детекторе, спектры, собранные.
Использование MCF для также ускоряет процесс записи решеток, так как все ядра могут быть вписаны в один проход. Тем не менее, процесс записи должен быть изменен для того, чтобы гарантировать, что все ядра имеют одинаковые характеристики отражения. Это происходит потому, что криволинейная поверхность оболочки действует как линза во время бокового написания ФПС, Резulting в УФ-области, которая изменяется в силе и направлении на каждом ядре, если используется стандартный метод бокового написания. Следовательно , каждое ядро будет иметь различный профиль передачи, и волокно не будет обеспечивать сильное подавление на одной длине волны 8.
Группа в Морской исследовательской лаборатории эксперименты с модификацией распределения и светочувствительность ядер , чтобы отменить эффект этого изменения 9. Недостатком использования такого подхода является то, что волокно должно быть переработан для каждой комбинации размера оболочки, основной размер, количество ядер и химического состава. Кроме того, отсутствие осевой симметрии в результирующем конструкций означает, что ККМ не может быть эффективно сужаться в ММФ с круглым сердечником. В данной статье подробно описывается другой подход к проблеме: изменения поля внутри волокна, имея его пройти через плоскую поверхность вместо того, чтобы непосредственно падающее на изогнутой оболочке. Используя этот подход приводит ктехника, которая может быть передана различными MCF конструкций и размеров, в частности осесимметричные волокон, которые мы хотим включить в фотонных фонарей.
Для того, чтобы создать необходимую плоскую поверхность, ККМ размещается внутри УФ-прозрачным капиллярной трубкой, которая была шлифовка и полировка, с одной стороны, чтобы дать плоскую наружную стенку. Небольшой зазор должен быть оставлен между волокном и капилляром, так как последний может содержать ± 10 мкм изменений диаметра. На рисунке 1 представления. Эта статья будет описывать экспериментальную процедуру, чтобы написать ВБР таким образом, и приводятся примеры возможных улучшений. Для получения дополнительной информации см ранее опубликованные моделирования 10 и экспериментальных результатов 11.
Рисунок 1. Схема полированного капиллярной трубки, который используется в продукте ВБРиона. ККМ помещается внутри капиллярной трубки. Разрыв между ними должен быть небольшим, но допускают небольших вариаций в диаметре. УФ – свет, прошедший через фазовую маску затем поступает в систему через плоскую сторону капиллярной трубки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Protocol
Representative Results
Discussion
На рисунках 2 и 3 вместе показывают , что введение полированную капиллярной трубки (РСТ) при написании решеток является достаточным для улучшения равномерности основных спектров в MCFBG. Остальная часть процесса надпись в значительной степени неизменным по сравнению с ?…
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).
