Si descrive un metodo per<em> In-situ</em> Assottiglia di As<sub> 2</sub> S<sub> 3</sub> Fibre per raggiungere efficiente generazione supercontinuo medio infrarosso. Con assottiglia durante il monitoraggio dello spettro del supercontinuo, la larghezza spettrale può essere massimizzata per un cono in fibra.<em> In-situ</em> Fibra rastremata può essere applicata per ottimizzare le prestazioni di altri dispositivi a base di fibre.
Supercontinuo generazione (SCG) in una fibra calcogenuro rastremata è auspicabile per ampliare medio infrarosso (o medio IR, all'incirca la lunghezza d'onda 2-20 micron) pettini di frequenza 1, 2 per applicazioni quali fingerprinting molecolare, 3 rilevazione di gas traccia, 4 accelerazione di particelle laser-driven, 5 e x-ray produzione tramite elevata generazione armonica. 6 Il raggiungimento SCG efficiente in una fibra ottica rastremata richiede un controllo preciso della dispersione di velocità di gruppo (GVD) e le proprietà temporali degli impulsi ottici all'inizio del fibra, 7 che dipendono fortemente dalla geometria del cono. 8 A causa di variazioni nella configurazione e procedura rastremato di SCG successivi esperimenti-come la lunghezza della fibra, si assottiglia temperatura ambiente, o di potenza accoppiata nella fibra, monitoraggio spettrale in-situ di SCG è necessario ottimizzare la spettro di uscita per un singolo esperimento.
Fibra in situ rastremato di SCG consiste accoppiamento della sorgente pompa attraverso la fibra di essere rastremato per un dispositivo di misurazione spettrale. La fibra è poi conici mentre il segnale di misurazione spettrale è osservata in tempo reale. Quando il segnale raggiunge il suo picco, la rastremazione è fermo. La procedura assottiglia in situ consente la generazione di una ottava-spanning, pettine di frequenze medio IR stabile dalla sotto armonica di un pettine di frequenze vicino IR disponibile in commercio. 9 Questo metodo riduce i costi a causa della riduzione nel tempo e materiali richiesti di fabbricare una rastremazione ottimale con una lunghezza vita di soli 2 mm.
La tecnica assottiglia in situ può essere esteso per ottimizzare fibra ottica microstrutturata (MOF) per SCG 10 o sintonizzazione della banda passante del MOF, 11 coppie di fibre conici ottimizzazione per accoppiatori di fibre fuse 12 e ripartizione in lunghezza multiplexer (WDM), 13o la modifica di compensazione della dispersione per la compressione o stiramento di impulsi ottici. 14-16
Dopo essere stata prodotta prima nel campo di lunghezze d'onda visibili 1,7 fonti SCG si sono spostate verso il medio IR, in gran parte determinata dalle applicazioni in spettroscopia. 3, 4 fibre Chalcogenide, che comprendono solfuri, seleniuri e tellururi, sono stati un materiale popolare per il mid-IR a causa della loro bassa perdita di propagazione e alta linearità, 18 meno di 100 dB / km e 19 ~ 200 volte quella della silice per As 2 S 3, 20 rispettivamente. Tuttavia, la lunghezza d'onda di zero GVD della maggior calcogenuri è situato nel medio IR, oltre la lunghezza d'onda centrale della maggior parte delle fonti pompa ultraveloci disponibili, rendendo SCG sfidando in un materiale sfuso o una modalità singola fibra calcogenuro standard. Dispersione di guida d'onda può essere utilizzato per modificare il punto zero per GVD SCG. 7 Metodi per introdurre forte dispersione di guida d'onda includono fibra rastrematura, 8, 21 utilizzando fibre microstrutturate, 22-24 oanche una combinazione dei due. 10 Spostando la lunghezza d'onda di zero GVD sotto della lunghezza d'onda di pompa, la pompa sperimenterà dispersione anomala della fibra. Nel regime di dispersione anomala, formazione di solitoni avviene attraverso il bilanciamento del chirp lineare causata dalla modulazione di fase di sé e il chirp lineare causata da GVD. Per una sorgente pompa femtosecondi, allargamento spettrale è solitamente dominato da fissione solitoni o rottura di impulso, che si verifica dopo una compressione temporale iniziale come l'impulso si propaga lungo la fibra. 7 Nel caso di fibra affusolata, calcolando il totale GVD-compresi materiale e guida d'onda a dispersione può fornire un'approssimazione del diametro cono finale necessario per produrre uno spettro sensibilmente ampliato. A causa della forte dipendenza SCG su GVD e fluttuazioni tra prove sperimentali, comprese le variazioni della lunghezza della fibra prima zona rastremata e l'accoppiamento della pompa alla fibra, l'approssimazione calcolato non è sufficiente fo raggiungere un cono ottimizzato in prova unica. Monitoraggio spettrale permette di queste variazioni nel setup sperimentale per essere osservate e valutate in assottiglia in situ.
Inoltre, generando un supercontinuo efficiente (SC) in un breve fibra rastremata riduce la quantità di amplificazione non lineare rumore preservando la coerenza del SCG e le proprietà pettine di frequenza della sorgente di pompaggio. 25-27 dispersione gestione corretta, e quindi la necessità di un situ assottiglia, diventa ancora più critica quando la lunghezza della fibra è breve, come le scale di tolleranza SCG di lunghezza.
L'impianto in-situ assottiglia inizia con la sorgente di pompa, che è la subharmonic di una modalità bloccata-laser Er-fibra drogata, 9 accoppiato nel nucleo della As 2 S 3 fibra che sarà rastremata. L'uscita della fibra viene poi accoppiato ad un dispositivo che caratterizza il profilo spettrale. Nel experiment, un rivelatore InSb dopo un monocromatore con ~ 20 nm di risoluzione viene utilizzato per monitorare una porzione dello spettro di uscita in cui inizialmente vi è un segnale molto basso dalla sorgente pompa (a ~ 3.9 micron) in modo che la fibra può essere monitorata durante si assottiglia. Quando la fibra è conico e allarga lo spettro, le spettrali segnale aumenta di misurazione come la dispersione è ottimizzato per l'esperimento individuo. Monitorando lo spettro durante la procedura di rastrematura, rastremata può essere fermato al momento in cui l'allargamento spettrale è stata ingrandita. Assottiglia in-situ permettono una gestione ottimizzata per dispersione SCG efficiente in una singola fibra conicità. Assottiglia con una, ristretta zona di calore statico produce una vita breve cono fibra, 28 che consente di SCG basso rumore. Insieme, in-situ statica assottiglia può consentire coerente, a basso rumore, ottava-spanning SCG nel medio IR.
Abbiamo dimostrato un romanzo procedura assottiglia fibra e verificata la sua validità eseguendo SCG nel medio IR. Per quanto a nostra conoscenza, il metodo alternativo per questa applicazione si basa sulla determinazione della lunghezza di fibra trazione necessaria per creare un diametro di fibra rastremata che aggiunge sufficiente dispersione di guida d'onda per ottimizzare SCG nel cono fibra attraverso calcolo, tuttavia, poiché la lunghezza necessaria tirando per massimizzare l'allargamento spettrale per un…
The authors have nothing to disclose.
Gli autori desiderano ringraziare G. Shambat, C. Phillips, K. Aghaei per inestimabili discussioni, F. Afshinmanesh per le immagini SEM, T. Marvdashti per il supporto sperimentale, e MF Churbanov e GE Snopatin presso l'Istituto di Chimica di alta purezza Sostanze e VG Plotnichenko e EM Dianov dalla Fibra Ottica Centro di Ricerca dell'Accademia Russa delle Scienze per fornire l'As 2 S 3 in fibra. Siamo anche grati per il sostegno da parte del Office of Naval Research, la NASA, l'Ufficio Air Force della Ricerca Scientifica, Agilent e l'Technologies Joint Office.
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. |