In-situ assottiglia di fibra chalcogenide per Generazione Supercontinuum medio infrarosso

Summary

Si descrive un metodo per<em> In-situ</em> Assottiglia di As₂ S₃ 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.

Abstract

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

Introduction

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.

Protocol

1. Tapering Setup Fabrication (Vedere Impostazione Assemblato in figura 1) Fissare le fasi lineari motorizzate sul tagliere (approssimativamente centrata) in modo che le fasi sono in contatto e si tradurranno in avvicinamento ed allontanamento reciproco Preparare e posizionare i supporti in fibra Fissare due posti ottici alle piastre stadio lineari motorizzate (uno ciascuno) utilizzando i fori più vicini gli uni agli altri. Fissare i supporti in fibra ottica nude per le cime dei …

Representative Results

Dopo il completamento della procedura di tapering in situ, lo spettro della pompa ampliato per coprire 2,2-5 micron (a ~ 40 dB al di sotto del picco), come mostrato nella figura 3. L'energia di impulso pompa nella As 2 S 3 fibra era ~ 250 pJ con una lunghezza di impulso iniziale sotto 100 fsec. La lunghezza corta del girovita rastremata, ~ 2,1 millimetri, permette la generazione di una banda larga, coerente SC. Preserva la proprietà di pettine di frequenza della sorge…

Discussion

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…

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.