في الموقع مستدق من الألياف Chalcogenide لتوليد Supercontinuum منتصف الأشعة تحت الحمراء

Summary

نحن تصف طريقة لل<em> في الموقع</em> مستدق من كما₂ S₃ ألياف لتحقيق كفاءة الجيل supercontinuum منتصف الأشعة تحت الحمراء. بواسطة مستدق في حين رصد الطيف supercontinuum، ويمكن تكبير العرض الطيفي لتفتق الألياف.<em> في الوضع الطبيعي</em> الألياف مستدق يمكن تطبيقها لتحسين أداء الأجهزة الأخرى المستندة إلى الألياف.

Abstract

Supercontinuum جيل (SCG) في الألياف chalcogenide مدبب أمر مرغوب فيه لتوسيع نطاق منتصف الأشعة تحت الحمراء (IR أو منتصف، تقريبا 2-20 ميكرون مدى الطول الموجي) تردد أمشاط ^{1، 2} لتطبيقات مثل البصمات الجزيئية، ³ الكشف عن الغازات النزرة، ⁴ ليزر يحركها تسريع الجسيمات، ⁵ والأشعة السينية الإنتاج عبر جيل متناسق عالية. ⁶ SCG تحقيق كفاءة في الألياف البصرية مدبب يتطلب مراقبة دقيقة من تشتت سرعة مجموعة (GVD) والخصائص الزمانية من النبضات الضوئية في بداية الألياف، ⁷ التي تعتمد بشدة على هندسة من تفتق. ⁸ نظرا لاختلاف في الإعداد وإجراء مستدق لSCG المتعاقبة تجارب مثل طول الألياف، مستدق درجة حرارة البيئة، أو قوة جانب في الألياف، والرصد الطيفي في الموقع من وSCG هو ضروري لتحسين الطيف الناتج عن تجربة واحدة.

الألياف في الموقع مستدق لSCG يتكون من اقتران المصدر مضخة من خلال الألياف ليكون مدبب إلى جهاز القياس الطيفي. الألياف غير مدبب ثم حين لاحظ إشارة القياس الطيفي في الوقت الحقيقي. عندما تكون إشارة تصل إلى ذروتها، يتم إيقاف مستدق. يسمح الإجراء مستدق في الموقع لتوليد مستقرة، اوكتاف-تمتد، مشط التردد منتصف الأشعة تحت الحمراء من التوافقي الفرعية من المتاحة تجاريا مشط التردد القريب من الأشعة تحت الحمراء. ⁹ هذا الأسلوب يقلل من التكلفة بسبب الانخفاض في الوقت والمواد المطلوبة إلى افتعال تفتق الأمثل مع طول الخصر فقط 2 ملم.

ويمكن تمديد هذه التقنية مستدق في الموقع لتحسين الألياف البصرية microstructured (MOF) لSCG ¹⁰ أو ضبط للنطاق التمرير من موفس، ¹¹ زوجا من الألياف مدبب الأمثل للمقرنة الألياف تنصهر ¹² والرسائل المتعددة تقسيم الطول الموجي (WDMs)، ¹³أو تعديل التعويض تشتت للضغط أو تمتد من نبضات ضوئية. ^14-16

Introduction

بعد أن أنتج لأول مرة في نطاق الطول الموجي مرئية تحولت ^1،7 مصادر SCG نحو منتصف الأشعة تحت الحمراء، مدفوعا إلى حد كبير من قبل التطبيقات في التحليل الطيفي. ^{3، 4} الألياف Chalcogenide، والتي تشمل كبريتيد، selenides، وtellurides، كانت مادة شعبية لل ونظرا منتصف الأشعة تحت الحمراء إلى الأقل خسارة الانتشار واستقامة عالية، أقل من ¹⁸ ديسيبل 100 / كم ¹⁹ و ~ 200 مرة من السيليكا لتصل إلى ₂ S _3، ²⁰ على التوالي. ومع ذلك، يقع الطول الموجي GVD صفر لمعظم chalcogenides في منتصف الأشعة تحت الحمراء، ما وراء الطول الموجي مركز لغالبية متاحة مصادر مضخة فائق السرعة، مما يجعل SCG تحديا في المواد السائبة أو واحد من الألياف chalcogenide الوضع القياسي. تشتت الدليل الموجي يمكن استخدامها لتعديل نقطة الصفر لGVD SCG. ⁷ طرق لإدخال تشتت الدليل الموجي قوية تشمل الألياف مستدق، ^{8، 21} باستخدام الألياف microstructured، ^22-24 أوحتى مزيج من الاثنين. ¹⁰ عن طريق تحويل طول الموجة GVD تحت الصفر الطول الموجي مضخة، ومضخة تجربة تشتت الشاذة في الألياف. في النظام تشتت الشاذة، يحدث تكوين الموجة المنعزلة من خلال تحقيق التوازن بين غرد غير الخطية الناجمة عن التشكيل مرحلة الذات وغرد الخطية التي تسببها GVD. لمصدر مضخة الفيمتو ثانية، الطيفية توسيع وعادة ما تهيمن عليها الانشطار الموجة المنعزلة أو كسر نبض، والذي يحدث بعد ضغط الزمنية الأولية كما يكاثر نبض على طول الألياف. ⁷ وفي حالة الألياف مستدق، وحساب مجموع GVD، بما في ذلك على حد سواء المادية و يمكن أن تشتت الدليل الموجي توفير ترسم من القطر تفتق النهائية اللازمة لإنتاج طيف وسعت بشكل ملحوظ. ونظرا إلى الاعتماد SCG القوي على GVD والتقلبات بين التجارب التجريبية، بما في ذلك تغييرات على طول الألياف قبل المنطقة مدبب واقتران المضخة إلى الألياف، وتقريب يحسب ليس جمعة كافيةأو تحقيق تفتق الأمثل في محاكمة واحدة. رصد الطيفية يسمح لهذه الاختلافات في الإعداد التجريبية التي يتعين مراعاتها وتمثل في مستدق في الموقع.

وعلاوة على ذلك، توليد supercontinuum كفاءة (SC) في الألياف مدبب قصيرة يقلل من كمية غير الخطية التضخيم الضوضاء الحفاظ على تماسك SCG وخصائص مشط تردد من مصدر مضخة. ^25-27 إدارة التوزيع الصحيح، وبالتالي ضرورة في الموضع مستدق، ويصبح أكثر أهمية عندما يكون طول الألياف قصيرة، كما جداول التسامح SCG مع طول.

يبدأ الإعداد مستدق في الموقع مع مصدر مضخة، والذي هو subharmonic من وضع غير الساحلية ايه مخدر ليزر الألياف، بالإضافة إلى ⁹ جوهر ك ₂ S ₃ الألياف التي ستكون مدبب. ثم يقترن الناتج من الألياف إلى الجهاز الذي يميز الشخصي الطيفية. في experimيتم استخدام الأنف والحنجرة، للكشف عن InSb بعد مستوحد اللون مع ~ 20 نانومتر من قرار لمراقبة جزء من الطيف الإخراج حيث هناك في البداية إشارة منخفضة جدا من مصدر مضخة (في ~ 3.9 ميكرون) بحيث يمكن رصد الألياف في حين مستدق. عندما الألياف هو مدبب ويوسع طيف، والطيفية الزيادات إشارة القياس على النحو تشتت هو الأمثل للتجربة الفردية. من خلال رصد الطيف أثناء إجراء مستدق، مستدق يمكن وقفها في الوقت الحالي عند الطيفية تم توسيع الحد الأقصى. مستدق في الوضع الطبيعي يسمح للإدارة تشتت الأمثل لSCG فعالة في تفتق واحد من الألياف. مستدق مع، منطقة ضيقة الحرارة ثابتة تنتج ألياف قصيرة الخصر تفتق، ²⁸ الذي يسمح لSCG منخفضة الضوضاء. معا، في الموضع ثابت مستدق يمكن تمكين متماسكة، منخفضة الضوضاء، SCG اوكتاف-تمتد في منتصف الأشعة تحت الحمراء.

Protocol

1. مستدق تلفيق الإعداد (انظر إعداد تجميعها في الشكل 1) تأمين مراحل الخطية الآلية على اللوح (تركزت تقريبا) بحيث المراحل على اتصال وسوف تترجم نحو وبعيدا عن بعضها البعض إعداد ووضع يتصاعد الألياف …

Representative Results

بعد الانتهاء بنجاح من إجراء مستدق في الموقع، عن اتساع نطاق مضخة لتغطية 2،2-5 ميكرومتر (في ~ 40 ديسيبل أقل من الذروة)، كما رأينا في الشكل 3. كانت الطاقة نبض مضخة في ك 2 S 3 الألياف ~ 250 PJ مع طول النبضة الأولي تحت 100 FSEC. طول قصيرة من وسطه مدبب، ~ 2.1 ملم، ويس…

Discussion

لقد أظهرت الألياف رواية الإجراء مستدق والتحقق من صحتها عن طريق إجراء SCG في منتصف الأشعة تحت الحمراء. إلى علمنا، ويستند الأسلوب البديل لهذا التطبيق على تحديد سحب طول الألياف المطلوبة لإنشاء قطرها الألياف مدبب أن يضيف ما يكفي تشتت الدليل الموجي لتحسين SCG في تفتق الأليا…

Materials

Name of Equipment	Company	Catalog Number	Comments
Motorized Linear Stages	Newport	MFA-PPD	Available from other vendors.
Motorized Stage Controller	Newport	ESP301	Available from other vendors.
Aluminum Block	Any vendor.		Dimensions will vary depending on desired taper length.
RTD Sensor	Omega	1PT100GX1510
Cartridge Heaters	Omega	CSS-01115/120V
Temperature Controller	Omega	CSC32
Input Coupling Linear Translation Stage	CVI	07TXS224	Available from other vendors.
Output Coupling Linear Translation Stage	Newport	422-1S	Available from other vendors.
XYZ Linear Translation Stage	Newport	461	Available from other vendors.
Assorted posts, optics mounts, bases, and forks	Any vendor.
Optical Breadboard	Thorlabs	MB12	Available from other vendors.
Input Coupling ZnSe Lens	Thorlabs	AL72512-E	Available from other vendors. Input coupling focal length depends on pump source and fiber mode field diameter.
Output Coupling ZnSe Lens	Edmund Optics	NT62-961	Available from other vendors.
Box	Any type will do.		Must be large enough to allow stage movement. Needs apertures for input and output coupling of light.
Ceramic Optical Post	Any vendor.
Digital Microscope	Any vendor.		Optional.
Table Clamps	Thorlabs	CL5	Available from other vendors.
Bare Fiber clamps	Thorlabs	HFF003	Available from other vendors.
			Table 1. Tapering Setup Materials.
As2S3 Optical Fiber	Fiber Optics Research Center of the Russian Academy of Sciences		Available from other vendors, such as CorActive.
Beavertail Cleaver	Fiber Network Tools	S-315	Available from other vendors. Hand cleaving or polishing fiber tips can also produce high quality fiber tips.
KimWipes	Kimberly-Clark Professional	34120	Available from other vendors.
Acetone, Isopropanol	Any vendor.
			Table 2. Materials for Chalcogenide Fiber Preparation.
Pyrocam	Ophir Photonics	Pyrocam III Series	Any camera with sensitivity at pump wavelength will work.
Monochromator	Photon Technology International		A 100 line/mm grating was used. Any spectral measurement device will work (e.g. longpass filter).
CaF2 Lenses	Thorlabs	LB5922	Available from other vendors.
InAs Filter	Any vendor.		Available from other vendors.
Amplified InSb Detector	Hamamatsu	P4631-03	Available from other vendors.
Computer	Any vendor.
DAQ	National Instruments	USB X Series
Labview software for motorized stages	National Instruments		Optional. Custom program.
Labview software for collecting detector data	National Instruments		Optional. Custom program.
Assorted posts, optics mounts, bases, and forks
1″ Gold mirrors	Any vendor.
Chopper and controller	Any vendor.	SRS Model SR540	Optional. Depends on detector being used.
			Table 3. Materials for In-situ Tapering Procedure.