in-situで中間赤外線スーパーコンティニューム生成のカルコゲナイド繊維のテーパ

Summary

我々は、手法について述べる<em>その場</em> Asの先細り₂ S₃繊維を効率的中間赤外線スーパーコンティニューム生成を達成する。スーパーコンティニウムのスペクトルをモニタしながら先細りにより、スペクトル幅がテーパファイバのために最大にすることができる。<em>その場</emテーパ>繊維を他の繊維ベースのデバイスの性能を最適化するために適用することができる。

Abstract

テーパーカルコゲナイド繊維によるSUPERCONTINUUM世代（SCG）は、分子フィンガープリンティング^、3微量ガス検出^、4などのアプリケーションに中間赤外線（またはおよそ2-20μmの波長範囲、半ばIR）周波数コム^1、2を広げるために望ましい高調波発生介してレーザー駆動粒子加速^、5及びX線生産^6は、テーパー付き光ファイバの効率的なSCGを達成するの冒頭群速度分散（GVD）と光パルスの時間的特性の正確な制御を必要とする繊維、テーパーの形状に強く依存する^7。環境温度、またはスペクトル監視現場でファイバに結合力を、先細連続SCG実験-などの繊維長さなどのために先細りセットアップや手順のばらつきによる^8、 SCGは、単一の実験に出力スペクトルを最適化する必要がある。

SCGための先細りの現場ファイバは、分光測定装置にテーパ状に光ファイバを介してポンプ光源を連結から成る。スペクトル測定信号をリアルタイムで観察しながら繊維は、その後先細になっている。信号がピークに達したときに、テーパが停止される。 in-situで先細りの手順では、市販されている近赤外周波数コムのサブハーモニックから安定した、オクターブスパニング、中赤外周波数コムの生成が可能になります^。9この方法では、必要な時間と材料の削減によるコストを削減のみ2mmのウエスト長との最適なテーパを作製した。

インサイチュテーパ技術は、溶融ファイバカプラ¹²と、波長分割マルチプレクサ^{（WDMs）、13}に対してMOFは^、11最適テーパファイバ対の通過帯域の¹⁰またはチューニングSCGための微細構造光ファイバ（MOF）を最適に拡張することができる又は光パルスの圧縮または伸張のための分散補償を修正する^。14-16

Introduction

最初の^1,7 SCG源は主に分光内のアプリケーションによって駆動、中赤外の方にシフトして可視波長範囲で生産されている^。3後^、硫化物^、セレン、およびテルルを含む⁴カルコゲナイド繊維は、、のための普及した材料であったその低伝搬損失と高非線形性^、18 ₂ S ₃として未満で100デシベル/キロ^19〜200倍、シリカのもの^、20のために半ばIR それぞれ。しかし、ほとんどのカルコゲナイドの零GVD波長は、バルク材料や標準のシングルモード光ファイバカルコゲナイドで挑戦SCGを作って、使用可能な超高速ポンプ源の大半の中心波長を越えて、中赤外に位置しています。導波路分散は、SCGのためのゼロGVD点を修正するために使用することができる。強い導波路分散を導入するための⁷メソッドテーパファイバ^、8、微細構造ファイバを用いた^21、22-24又はを含む2であっても組み合わせが¹⁰ポンプ波長ゼロ以下GVD波長をシフトすることで、ポンプは繊維に異常分散を経験するでしょう。異常分散領域では、ソリトン形成は、自己位相変調とGVDによって生じる線形チャープによって生じる非線形チャープのバランスを介して行われます。フェムト秒ポンプ·ソース用、スペクトル広がりは通常パルスがファイバに沿って伝播する初期時間圧縮した後に発生するソリトン分裂またはパルスの破れ、によって支配されています。テーパーファイバーの場合^7、両方の材料総含むGVDを計算し、導波路分散は、することができます大幅に広がったスペクトルを生成するために必要な最終的なテーパー径の近似を提供する。ファイバへのポンプのテーパ領域と結合する前に、繊維長の変更などの実験的試行、間GVDと変動に関するSCGの強い依存性があるため、計算された近似が十分でFはないまたは単一の試験で最適化されたテーパーを達成。スペクトル監視は、in-situで先細りにについて観測及び会計処理するための実験セットアップでこれらの変化を可能にします。

また、短いテーパファイバにおける効率スーパーコンティニウム（SC）を生成することの必要性で 、従って^25-27適切な分散管理は、SCGのコヒーレンスを維持する非線形雑音増幅量とポンプ源の周波数コム特性を減少させ、テーパ現場 、長さの公差SCGスケールとして、繊維長が短い場合にさらに重要になる。

in-situで先細りセットアップは先細りになります₂ Sとして₃ファイバのコアに結合モードロックErドープファイバレーザ^、9の低調波であるポンプ源、始まります。ファイバの出力は、スペクトルプロファイルを特徴付ける装置に結合されている。 experimで耳鼻咽喉科、分解能〜20nmのモノクロメータでは、ポンプ源（〜3.9程度で）からの非常に低い信号がファイバ中に監視することができるように、最初に存在する場合に出力スペクトルの一部を監視するために使用された後、InSbの検出器先細り。繊維は先細りであるテーパ状であり、スペクトルが広がるときに、分散液として、分光測定信号増加は、個々の実験のために最適化されている。スペクトルの広がりが最大されていた瞬間に停止することができるテーパー、テーパー手順中にスペクトルを監視することによって。 その場先細りは単繊維テーパーで効率的SCGために最適化された分散管理を可能にします。静的で先細り、狭いヒートゾーンは、低ノイズSCG可能に短繊維テーパー腰^、28を生成します。一緒に、in-situで先細り静的半ばIRにおけるコヒーレント、低ノイズ、オクターブスパニングSCGを有効にすることができます。

Protocol

1。先細りセットアップ作製（図1の組み立てセットアップを参照してください） ステージが接触していると、互いに向かって離れて変換されるようにブレッドボード（大体中心）に電動リニアステージを確保繊維のマウントを準備し、配置お互いに最​​も近い穴を使用して、電動リニアステージプレート（1ずつ）、2つの光のポストを取り付けます。 支柱のてっ…

Representative Results

インサイチュテーパ手順が正常に完了した後、ポンプスペクトルは、 図3に見られるように2.2から5ミクロン（ピーク下〜40 dB低い）から覆うように広がる。 2 S 3繊維としてポンプパルスエネルギーは100フェムト秒の下で最初のパルス長で〜250 PJでした。テーパー腰の短い長さ、〜2.1ミリメートルは、ブロードバンド、首尾一貫したSCの生成が可能になりま?…

Discussion

我々は、新規ファイバーテーパー手順を示し、中間-IRでSCGを行うことにより、その有効性を検証した。我々の知る限り、このアプリケーションのための代替方法は、計算によりテーパファイバのSCG最適化するために十分な導波路分散を追加するテーパ状繊維径を作成するために必要な繊維引上げ長さを決定することに基づいているが、引上げ長が必要なのでファイバの特定の長さのためにス?…

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.