Scrivendo di Bragg in fibra 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

Reticoli di Bragg (FBG) sono ampiamente utilizzati come filtri a banda stretta per il fatto che possono essere personalizzati per un gran numero di applicazioni ^1. Essi non sono limitati a sopprimere singole lunghezze d'onda; spettri di trasmissione complessa può essere creata mediante l'uso di aperiodici variazioni di indice di rifrazione ^2. Una limitazione è che FBGs possono essere incise soltanto in fibre monomodali (SMF), come la lunghezza d'onda che viene soppressa per un determinato periodo di reticolo dipende dalla costante di propagazione. In una fibra multimodale (MMF), dove ogni modalità ha una diversa costante di propagazione, la lunghezza d'onda soppresso per ciascuna modalità è diversa e quindi il reticolo non dà soppressione forte in ogni singola lunghezza d'onda.

L'impulso per questo esperimento viene da astronomia. In condizioni di limitata, accoppiamento diretto in un SMF è difficile e inefficiente; ottica adattiva estremi sono tenuti a farlo ^3. A causa di questo, FMM sono tipcamente usato al momento del ritiro luce dal telescopio piano focale ^4. Pertanto al fine di mantenere la funzionalità disponibile solo per SMF, è necessario disporre di conversione efficiente tra SMF e FMM. Ciò è reso possibile con la lanterna fotonica, un dispositivo che consiste di una porta multimode collegato ad una serie di SMF tramite una transizione conicità ^5. Lanterne fotonici sono stati utilizzati nello strumento GNOSIS, in cui il SMFs conteneva FBGs per rimuovere le linee di emissione in atmosfera (causati dai radicali OH e altre molecole) da osservazioni nel vicino infrarosso ^6. Gli svantaggi di utilizzare singolarmente, SMF single-core per questo compito sono che devono essere scritti uno per uno e assemblati singolarmente nel treno ottico, che richiede molto tempo e sforzo manuale. La tecnica descritta in questo articolo tenta di risolvere questi inconvenienti utilizzando un formato fibra più complesso per fornire la funzionalità monomodale.

Il suppr OH prossima generazionestrumento ESSIONE PRAXIS ⁷ farà uso di fibre multi-core (mcfs). Queste fibre contengono un numero qualsiasi di core singolo moded incorporati in un unico rivestimento. Il vantaggio di questo approccio è che il MCF può essere rastremato in un MMF con la lanterna fotonico risultante essere un'unità autonoma compatta e robusta. Nello strumento completata, la luce dal telescopio sarà accoppiato alla porta MMF della lanterna; la transizione cono separerà questa luce nei nuclei monomodali dove passerà attraverso il FBG. Dopo la lunghezza d'onda filtrando la luce rimanente viene dispersa su un rilevatore, gli spettri raccolti.

Utilizzando mcfs accelera il processo di scrittura di reticoli, come tutti i core possono essere iscritti in un unico passaggio. Tuttavia, il processo di scrittura deve essere modificato al fine di garantire che tutti i nuclei hanno le stesse caratteristiche di riflessione. Questo perché la superficie curva del rivestimento agisce come una lente durante side-scrittura dei FBGS, resulting in un campo UV che varia in potenza e la direzione ad ogni core se viene utilizzato il metodo side-standard di scrittura. Quindi ogni core avrà un profilo di trasmissione diversa, e la fibra non fornirà soppressione forte ad una singola lunghezza d'onda ^8.

Un gruppo presso il Naval Research Laboratory ha sperimentato con la modifica della distribuzione e fotosensibilità di core per annullare gli effetti di questa variazione ^9. Lo svantaggio di usare un tale approccio è che la fibra deve essere riprogettato per ogni combinazione di dimensioni rivestimento, dimensioni del nucleo, il numero di nuclei e composizione chimica. Inoltre, la mancanza di simmetria assiale nei disegni risultanti significa che il MCF non può essere efficacemente rastremato in un MMF con un nucleo circolare. Dettagli Questo documento un diverso approccio al problema: modificare il campo entro la fibra facendolo passare attraverso una superficie piana invece di essere direttamente incidente sul rivestimento curvo. Usando questo approccio comporta unatecnica che è trasferibile ad una varietà di disegni MCF e dimensioni, in particolare le fibre assialmente simmetrica che vogliamo incorporare nella lanterne fotonici.

Per creare la superficie piana necessaria, MCF è collocato all'interno di un tubo capillare UV-trasparente che è stato macinato e levigata su un lato per dare una parete esterna piana. Un piccolo spazio deve essere lasciato tra la fibra e capillare, in quanto quest'ultimo può contenere ± 10 um variazioni di diametro. Vedere la Figura 1 per una rappresentazione. Questo documento descrive la procedura sperimentale di scrivere FBGs in questo modo e di fornire esempi dei possibili miglioramenti. Per ulteriori informazioni, vedere simulazioni precedentemente pubblicati ¹⁰ e ¹¹ risultati sperimentali.

Figura 1. Schema del tubo capillare lucido come utilizzato nel prodotto FBGion. Il MCF è collocato all'interno del tubo capillare. La distanza tra i due dovrebbe essere piccolo ma permettere piccole variazioni di diametro. La luce UV che è passato attraverso la maschera di fase poi entra nel sistema attraverso la parte piatta del tubo capillare. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Protocol

1. Preparazione di lucido Capillari (ANFF OptoFab) Ottenere tubi di vetro capillari con diametro interno strettamente allineato al diametro delle fibre. Quanto più dimensioni, migliori sono le prestazioni, ma assicura che una variazione ± 10 micron di dimensioni capillare è consentita per. Rimuovere eventuali rivestimenti protettivi dai tubi capillari. Radersi rivestimenti con una lama di rasoio per rimuoverli senza danneggiare i tubi. Cono tubi capillari ad un diametro più piccolo, se necessari…

Representative Results

L'efficacia di questa tecnica è meglio dimostrato confrontando i reticoli in fibra multicore Bragg (MCFBGs) risultanti dall'esposizione con e senza il capillare. La Figura 2 mostra le caratteristiche di trasmissione di un 7-core MCF esposto usando il metodo standard per SMF, con singoli Gli spettri di base rappresentate da colori diversi. C'è sovrapposizione minima tra le lunghezze d'onda soppressi, e nucleo # 5 ha ricevuto l'esposizione più debole…

Discussion

Le figure 2 e 3 insieme mostrano che l'introduzione del tubo capillare lucido (PCT) quando si scrive reticoli è sufficiente a migliorare l'uniformità di spettri nucleo in MCFBG. Il resto del processo di iscrizione è in gran parte invariato rispetto a modalità stabilite per la creazione di griglie SMF e può essere utilizzato con la maggior parte dei sistemi di scrittura FBG esistenti. Da qui la preparazione di PCT come indicato nella sezione 2 del protocollo è più critica …

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