में सीटू मध्य अवरक्त Supercontinuum पीढ़ी के लिए Chalcogenide फाइबर की गावदुम

Summary

हम के लिए एक विधि का वर्णन<em> में सीटू</em> के रूप में की गावदुम₂ एस<sub> 3</subकुशल मध्य अवरक्त supercontinuum पीढ़ी को प्राप्त करने के लिए> फाइबर. Supercontinuum के स्पेक्ट्रम की निगरानी जबकि गावदुम करके, वर्णक्रमीय चौड़ाई एक फाइबर शंकु के लिए अधिकतम किया जा सकता है.<em> में सीटू</emगावदुम> फाइबर अन्य फाइबर आधारित उपकरणों के प्रदर्शन का अनुकूलन करने के लिए लागू किया जा सकता है.

Abstract

एक पतला chalcogenide फाइबर में supercontinuum पीढ़ी (एससीजी) ऐसे आणविक फिंगरप्रिंटिंग, ³ ट्रेस गैस का पता लगाने, ⁴ के रूप में आवेदन के लिए मध्य अवरक्त (या मोटे तौर पर 2-20 माइक्रोन तरंगदैर्ध्य रेंज, मध्य आईआर) आवृत्ति कंघी ^{1, 2} को विस्तृत बनाने के लिए वांछनीय है उच्च हार्मोनिक पीढ़ी के माध्यम से लेजर संचालित कण त्वरण, ⁵ और एक्स – रे उत्पादन. ⁶ एक पतला ऑप्टिकल फाइबर में कुशल एससीजी हासिल करने की शुरुआत में समूह वेग फैलाव (GVD) और ऑप्टिकल दालों के अस्थायी गुणों का सटीक नियंत्रण की आवश्यकता फाइबर, घटना की ज्यामिति पर दृढ़ता से निर्भर है, जो ^7. प्रयोगों ऐसे फाइबर लंबाई, वातावरण के तापमान गावदुम, या फाइबर में युग्मित शक्ति के रूप में लगातार एससीजी के लिए लंबा और पतला सेटअप और प्रक्रिया में बदलाव के कारण ^8, के यथास्थान वर्णक्रमीय निगरानी एससीजी एक ही प्रयोग के लिए उत्पादन स्पेक्ट्रम अनुकूलन करने के लिए आवश्यक है.

एससीजी के लिए गावदुम में सीटू फाइबर एक वर्णक्रमीय माप उपकरण के लिए पतली होने के लिए फाइबर के माध्यम से पंप स्रोत युग्मन के होते हैं. वर्णक्रमीय माप संकेत वास्तविक समय में मनाया जाता है, जबकि फाइबर तो पतला है. संकेत अपने चरम पर पहुंचता है, गावदुम बंद कर दिया है. में सीटू गावदुम प्रक्रिया एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पास आईआर आवृत्ति कंघी के उप हार्मोनिक से एक स्थिर, सप्तक फैले, मध्य आईआर आवृत्ति कंघी की पीढ़ी के लिए अनुमति देता है. ⁹ इस विधि के कारण समय और आवश्यक सामग्री में कमी करने के लिए लागत को कम करती है केवल 2 मिमी की कमर लंबाई के साथ एक इष्टतम घटना को बनाना.

में सीटू गावदुम तकनीक जुड़े फाइबर कप्लर्स ¹² और तरंगदैर्ध्य विभाजन multiplexers (WDMs), ¹³ के लिए MOFs, ¹¹ अनुकूलन पतली फाइबर जोड़े की पासबैंड के ¹⁰ या ट्यूनिंग एससीजी के लिए microstructured ऑप्टिकल फाइबर (वित्त मंत्रालय) के अनुकूलन के लिए बढ़ाया जा सकता हैया संपीड़न के फैलाव मुआवजा संशोधित या ऑप्टिकल दालों की खींच. ^14-16

Introduction

पहला दृश्य तरंगदैर्ध्य रेंज में उत्पादन किया जा रहा करने के बाद ^1,7 एससीजी सूत्रों बड़े पैमाने स्पेक्ट्रोस्कोपी में आवेदन के द्वारा संचालित मध्य आईआर,. ^3, sulfides, selenides, और tellurides शामिल हैं, जो ⁴ Chalcogenide फाइबर, की दिशा में स्थानांतरित कर दिया है के लिए एक लोकप्रिय सामग्री दिया गया है उनके कम प्रचार हानि और 100 से ¹⁸ कम उच्च nonlinearity, मध्य आईआर वजह से डीबी / किमी ¹⁹ और ₂ के रूप में के लिए ~ 200 बार सिलिका की है कि एस _3, ²⁰ क्रमशः. हालांकि, सबसे chalcogenides के शून्य GVD तरंगदैर्ध्य एक थोक सामग्री या एक मानक एकल मोड chalcogenide फाइबर में चुनौती दे एससीजी बनाने, उपलब्ध ultrafast पंप सूत्रों के बहुमत के केंद्र तरंगदैर्ध्य से परे, मध्य आईआर में स्थित है. Waveguide फैलाव एससीजी के लिए शून्य GVD बिंदु को संशोधित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. मजबूत waveguide के फैलाव को शुरू करने के लिए ⁷ तरीके फाइबर microstructured फाइबर, ^22-24 का उपयोग करते हुए ^{21, 8,} लंबा और पतला या शामिलपंप तरंगदैर्ध्य शून्य से नीचे GVD तरंगदैर्ध्य स्थानांतरण करके दो. ¹⁰ से भी एक संयोजन, पंप फाइबर में विषम फैलाव का अनुभव होगा. विषम फैलाव शासन में, सॉलिटन गठन आत्म चरण मॉडुलन और GVD की वजह से रेखीय चीं – चीं की वजह से अरेखीय कलरव संतुलन के माध्यम से होता है. एक femtosecond पंप स्रोत के लिए, व्यापक बनाने वर्णक्रमीय आमतौर पर नाड़ी फाइबर के साथ प्रचार के रूप में एक प्रारंभिक अस्थायी सम्पीडन के बाद होता है जो सॉलिटन विखंडन या नाड़ी तोड़ने, का प्रभुत्व है. फाइबर के मामले में ^7, गावदुम कुल सामग्री दोनों GVD सहित गणना और waveguide के फैलाव कर सकते हैं एक काफी चौड़ी स्पेक्ट्रम उत्पादन के लिए आवश्यक अंतिम घटना व्यास की एक सन्निकटन प्रदान करते हैं. कारण GVD और फाइबर के लिए पंप का पतला क्षेत्र और युग्मन पहले फाइबर लंबाई में परिवर्तन सहित प्रायोगिक परीक्षणों के बीच उतार चढ़ाव पर एससीजी के मजबूत निर्भरता की गणना सन्निकटन पर्याप्त च नहीं हैया एक ही मुकदमे में एक अनुकूलित घटना को प्राप्त करने. स्पेक्ट्रल निगरानी में सीटू गावदुम के लिए मनाया और जिम्मेदार होने की प्रयोगात्मक सेटअप में इन बदलावों के लिए अनुमति देता है.

इसके अलावा, एक छोटी पतली फाइबर में एक कुशल supercontinuum (अनुसूचित जाति) पैदा एससीजी का जुटना और पंप स्रोत की आवृत्ति कंघी गुणों के संरक्षण अरेखीय शोर प्रवर्धन की राशि कम कर देता है. ^25-27 उचित फैलाव प्रबंधन, और इसलिए में की आवश्यकता गावदुम सीटू, लंबाई के साथ एससीजी सहिष्णुता तराजू के रूप में, फाइबर लंबाई कम है जब और भी अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है.

में सीटू गावदुम सेटअप पतला हो जाएगा के रूप में ₂ एस ₃ फाइबर की कोर में मिलकर मोड बंद एर-doped फाइबर लेजर, ⁹ की subharmonic है जो पंप स्रोत, के साथ शुरू होता है. फाइबर का उत्पादन तो वर्णक्रम प्रोफाइल की विशेषता है कि एक डिवाइस के लिए युग्मित है. Experim मेंपंप स्रोत (~ 3.9 माइक्रोन से कम) में से एक बहुत कम संकेत शुरू में है, जहां ईएनटी, संकल्प की ~ 20 एनएम के साथ एक monochromator के बाद एक InSb डिटेक्टर फाइबर पर नजर रखी जा सकती है ताकि उत्पादन स्पेक्ट्रम के एक हिस्से पर नजर रखने के लिए किया जाता है, जबकि गावदुम. फाइबर पतला है और स्पेक्ट्रम broadens, जब फैलाव के रूप में वर्णक्रमीय माप संकेत बढ़ जाती व्यक्तिगत प्रयोग के लिए अनुकूलित है. गावदुम प्रक्रिया के दौरान स्पेक्ट्रम की निगरानी करके, गावदुम व्यापक बनाने वर्णक्रमीय maximized किया गया है जब समय पर रोका जा सकता है. में सीटू गावदुम एक फाइबर घटना में कुशल एससीजी के लिए अनुकूलित फैलाव प्रबंधन के लिए अनुमति देता है. एक स्थिर, संकीर्ण गर्मी क्षेत्र के साथ लंबा और पतला कम शोर एससीजी के लिए अनुमति देता है जो एक कम फाइबर शंकु कमर, ²⁸ पैदा करता है. साथ में, गावदुम में यथास्थान स्थिर मध्य आईआर में सुसंगत, कम शोर, सप्तक फैले एससीजी सक्षम कर सकते हैं.

Protocol

1. गावदुम सेटअप निर्माण (चित्रा 1 में इकट्ठे सेटअप देखें) चरणों के संपर्क में हैं और एक दूसरे से की दिशा में और दूर अनुवाद करेंगे कि इतने breadboard है (मोटे तौर पर केंद्रित) पर मोटर रैखिक चरणों सुरक्षित फ?…

Representative Results

में सीटू गावदुम प्रक्रिया के सफल समापन के बाद, पंप स्पेक्ट्रम के रूप में 3 चित्र में देखा 2.2-5 माइक्रोन (चोटी से नीचे ~ 40 डीबी पर), से कवर करने के लिए चौड़ी. के रूप में 2 एस 3 फाइबर में पंप नाड़ी ?…

Discussion

हम एक उपन्यास फाइबर गावदुम प्रक्रिया का प्रदर्शन किया और मध्य आईआर में एससीजी प्रदर्शन करके अपनी वैधता सत्यापित किया है. हमारी जानकारी के अनुसार, इस आवेदन के लिए वैकल्पिक विधि गणना के माध्यम से फाइबर ?…

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.