Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

In-situ Tapering av chalcogenide Fiber for Midt-infrarød Supercontinuum Generation

Published: May 27, 2013 doi: 10.3791/50518
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Edward L. Ginzton Laboratory, Stanford University

Summary

Vi beskriver en fremgangsmåte for

Abstract

Supercontinuum generasjon (SCG) i en konisk chalcogenide fiber er ønskelig for å utvide mid-infrarødt (eller mid-IR, omtrent 2-20 mikrometer bølgelengde range) frekvens 1 kammer, to for applikasjoner som molekylær fingerprinting, 3 spor gassdeteksjon, 4 laser Drive partikkel-akselerasjon, 5 og røntgen-produksjon via høy harmonisk generering. 6. Å oppnå effektiv SCG i en konisk optisk fiber krever nøyaktig styring av gruppehastighet dispersjon (GVD) og temporale egenskapene til de optiske pulser ved begynnelsen av fiber, 7 som sterkt avhengig av geometrien til avsmalningen. åtte grunn av variasjoner i den avsmalnende konfigurasjon og fremgangsmåte for suksessiv SCG-eksperimenter slik som fiberlengde, avsmalnende omgivelsenes temperatur, eller energien koplet inn i fiberen, in-situ spektral overvåking av SCG er nødvendig for å optimalisere produksjonen spektrum for et enkelt eksperiment.

In-situ fiber avsmalnende for SCG består av kopling av pumpen kilde gjennom fiberen til å være avsmalnet til en spektral måleinnretning. Fibrene er da avsmalnet mens den spektrale målesignalet observeres i sanntid. Når signalet når sin topp, er den avsmalnende stoppet. Den in-situ tapering prosedyren tillater generering av et stabilt, oktav-spenner, mid-IR frekvens kam fra sub harmonisk av en kommersielt tilgjengelig nær-IR frekvens kam. 9 Denne metoden reduserer kostnadene på grunn av reduksjon i tid og materialer som kreves for å fremstille en optimal avsmalning med en midje lengde på bare 2 mm.

Den in-situ tapering teknikken kan utvides til å optimalisere microstructured optisk fiber (MOF) for SCG 10 eller tuning av passbånd MOFs, 11 optimalisering koniske fiberpar for smeltet fiber koplinger 12 og bølgelengde divisjon multipleksere (WDMs), 13eller modifisere spredning kompensasjon for kompresjon og strekking av optiske pulser. 14-16

Introduction

Etter å ha blitt først produsert i det synlige bølgelengdeområdet 1,7 SCG kilder har beveget seg mot midten av IR, i stor grad drevet av applikasjoner i spektroskopi. 3, 4 chalcogenide fibre, som inkluderer sulfider, selenides og tellurides, har vært et populært materiale for mid-IR grunn av deres lave utbredelse tap og høy linearitet, 18 mindre enn 100 dB / km 19 og ~ 200 ganger av silika for As 2 S 3, 20 henholdsvis. Imidlertid er null GVD bølgelengde på de fleste chalcogenides plassert i midten av IR, utover sentrum bølgelengde av flertallet av tilgjengelige lynraske pimipekilder, noe som gjør SCG utfordrende i en bulk material eller en standard single mode chalcogenide fiber. Waveguide dispersjon kan brukes til å modifisere den null GVD punkt for SCG. 7. Metoder for å innføre sterke waveguide spredning omfatter fiber avsmalnende, 8, 21 ved hjelp av mikrostrukturerte fibre, 22-24 ellertil og med en kombinasjon av de to. 10. Ved å dreie null GVD bølgelengde under pumpen bølgelengde, vil pumpen oppleve anomale dispersjon i fiberen. I unormal spredning regime, oppstår soliton dannelse gjennom å balansere ikke-lineær kvitre forårsaket av selvtillit fase modulasjon og den lineære kvitre forårsaket av GVD. For en pumpe femtosecond kilde, blir spektral utvidelse vanligvis dominert av soliton spalting eller puls brytes, noe som skjer etter en innledende tidsmessige kompresjon som forplantes langs fiberen. 7. I tilfelle av fiber avsmalnende, beregning av den totale GVD-herunder både materiale og bølgeleder-dispersjonen kan gi en tilnærming av den endelige avsmalning diameter trengs for å produsere et vesentlig bredere spektrum. På grunn av SCG sterke avhengighet av GVD og svingninger mellom eksperimentelle studier, inkludert endringer i fiber lengde før den koniske regionen og kobling av pumpen til fiber, er den beregnede tilnærming ikke tilstrekkelig for å oppnå en optimalisert avsmalning i en enkelt prøve. Spectral overvåking kan for disse variasjonene i eksperimentelle oppsett for å bli observert og redegjort for i in-situ nedtrapping.

Videre genererer en effektiv supercontinuum (SC) i en kort konisk fiber reduserer mengden av ikke-lineær støyforsterkning bevare helheten i SCG og frekvens kam egenskapene til pumpens kilde. 25-27 korrekt dispergering administrasjon, og derfor nødvendigheten av i -situ avsmalning, blir enda mer kritisk når fiberlengden er kort, som SCG toleransekrav skalaer med lengde.

Den in-situ avsmalnende oppsett begynner med pumpen kilde, som er en subharmonisk av modus-låst Er-dopet fiber laser, 9 koplet inn i kjernen av det som 2 S 3 fiber som vil være konisk. Utgangen fra fiberen blir så koblet til en enhet som karakteriserer den spektrale profilen. I experiment, en InSb kapselen når en monokromator med ~ 20 nm av oppløsningen blir brukt til å overvåke en del av utgangen spekteret hvor det er i utgangspunktet et meget lavt signal fra pumpen kilden (ved ~ 3,9 um), slik at fiberen kan bli overvåket mens nedtrapping. Når fiberen er konisk og utvider spekteret, er de spektrale målesignal øker når dispersjonen optimalisert for de enkelte forsøk. Ved overvåking av spektret under den avsmalnende prosedyren, kan avsmalnende stoppes i det øyeblikk da den spektrale utvidelse er maksimert. In-situ avsmalning tillater optimalisert dispersjon styring for effektiv SCG i en enkelt fiber avsmalning. Tapering med en statisk, smal varme sonen gir en kort fiber taper midje, 28 som gjør det mulig for støysvakt SCG. Sammen kan in-situ statisk nedtrapping muliggjøre sammenhengende, lav støy, oktav-spenner SCG i mid-IR.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

En. Tapering Setup Fabrikasjon (Se Montert Setup i figur 1)

  1. Sikre motoriserte lineære etapper på bakstefjøla (omtrent sentrert) slik at fasene er i kontakt, og vil oversette mot og bort fra hverandre
  2. Utarbeide og plassere fiber mounts
    1. Fest to optiske innleggene til de motoriserte lineære fase plater (en hver) ved hjelp av hullene nærmest hverandre.
    2. Fest nakne optiske fiber mounts til toppen av innleggene. Pass på at v-sporene for fiber er justert. (Merk: Høyden på nakne optiske fiber mounts vil grovt være strålen høyden på systemet Velg fremtidig innlegg og pidestall høyder tilsvarende..)
  3. Forberede og plassere inn-og utgang kopling elementer
    1. Fest lineære oversettelse etapper til de motoriserte lineære stadier (ett for innspill og en for utgående side) med adapter plater.
    2. Plasser AR belagt ZnSe inngang kopling lENS (montert i en optisk montere idet x og y oversettelse på en pidestall) på inngangssiden oversettelse stadium. Velg en fokallengde som gir optimal kopling fra pumpen kilde til kjernen av fiberen. Kontroller at midten av linsen er i samme høyde som v-sporene av fiberen klemmer.
    3. Plasser den ubelagte ZnSe utgang kopling linse (montert i en optisk montere idet x og y oversettelse på en pidestall) på utgående oversettelse stadium. Pass på at midten av linsen er på samme høyde som v-fuge.
  4. Tilbered og plassere varmeelementet (som vist i figur 2)
    1. Maskinen aluminium blokk til ønskede dimensjoner (~ 6 mm x 25,4 mm x 17,5 mm) med hull for fiber (med en spalte for å sette inn og ta ut fiber) og for overvåking av fiber temperatur, hull for patron varmeovner, og 8 / 32 tappet hull på toppen og bunnen for montering og sikring av patron varmeovner.
    2. Sett patronen varmeovner til than riktige hullene i aluminium blokk og fest dem med 8/32 skruer.
    3. Fest en keramisk innlegg til toppen 8/32 settskrue for termisk isolasjon.
    4. Fest en optisk post til den keramiske innlegget og bruke en rett vinkel innlegg klemme med en ekstra optisk post for å sikre ovnen til XYZ lineær scenen.
    5. Fest XYZ lineær scenen til bakstefjøla slik at hullet for As 2 S 3 fiber i aluminium varmeren kan være sentrert med v-sporene av fiber klemmer.
    6. Oversette aluminium varmeovnen med XYZ lineær scenen slik at varmeren ikke lenger er i nærheten av de nakne optiske fiber klemmer, slik at fiber til å bli sikret uten hindringer.

2. Chalcogenide Fiber Forberedelse

  1. Sug en ønsket lengde av den med kappe som 2 S 3 fiber (må være lengre enn 8,5 cm-lengden av fiber med kappe nødvendig for hvert fiber avsmalning) i aceton i ca 10 minutter eller inntiljakken blir myk. (Bruk passende løsemiddel for jakken hvis du bruker en annen fiber).
  2. Fjern forsiktig den myke jakke med Kimwipe, fjerne en del lengre enn 5 cm av gangen.
  3. Rengjør bare fiber med isopropanol på en Kimwipe.
  4. Bruk beavertail cleaver å holde fast den ene enden av As 2 S 3 fiber. Bilde forkastet fiber spissen for å inspisere cleave kvalitet.
  5. Mål og bryte i det minste en 6,35 cm lengde stykke av fiberen. Denne fiberlengde må være ~ 2 cm lenger enn den lengde som er nødvendig for fiber-til så vidt stikker ut av fiberen klemmer.
  6. Bruk beavertail cleaver å spalte den andre enden av fiber. Bilde forkastet fiber spissen for å inspisere cleave kvalitet. Unngå kontakt med den første ende av spaltede fibre.
  7. Plasser fiber i fiber klemmer av den koniske oppsett. Unngå å berøre sentrum av fiberen (hvor fiberen blir oppvarmet).

3. In-situ Fiber Tapering Prosedyre

  1. Par den mid-IR-pumpe kilde til den fundamentale modus av fiberen med den belagte AR ZnSe-linse (f = 12,7 mm). Bruk det ubelagte ZnSe-linse (f = 20 mm) for å avbilde utgang fasett av fiberen med den Pyrocam for å sikre at strømmen er for det meste i den fundamentale modus. Kontroller at pumpen strålen forplanter seg langs aksen til fiberen. Hvis det ikke er det, vil koblingen endres når de motoriserte etapper begynner å bevege seg.
    1. Plasser en chopper foran pumpen kilde. (Dette trinn er nødvendig for AC koplede detektorer).
    2. Par utgangen til fibre gjennom monokromator og til den InSb detektoren ved hjelp ubelagte Caf to linser (f = 20 mm) før og etter monokromator.
    3. Roter rist av monokromator for å tillate den lange bølgelengde siden av spekteret for å passere gjennom monokromator til det sendte signalet er så vidt over grunnstøyen (ved ~ 3,9 mikrometer). I stedet for filtereting med monokromator (trinn 3.2.2 og 3.2.3), kan en passende optisk filter bli brukt for å måle strømmen i påviselige bølgelengder lenger enn den lengste bølgelengde målbar innhold av pumpen.
  3. Oversette den aluminium ovn opp til fiberen glir gjennom slissen og er sentrert i aluminium patronens fiber hullet.
  4. Plasser RTD sensor nivå med en av patron varmeovner. Trykk forsiktig-føleren mot aluminium varmeapparat slik at den er i fullstendig kontakt med blokken, som vist i figur 2.. Dersom RTD ikke er i kontakt med varmeren fullstendig (eller ikke i en repeterbar måte), vil temperaturen av blokken være ukjent og føre til at fiberen for å ryke under avsmalning. Sørg for at signalet til monochromator ikke har gått ned.
    1. En liten RTD kan plasseres inn i det andre hullet i varmeblokk for å overvåke temperaturen i hullet. (Valgfritt)
  5. Bruk den digitale mikroskop til iMage fiber i varmeblokk for å tillate overvåkning av fiberen under den avsmalnende prosessen. (Valgfritt)
  6. Dekk oppsett med en boks (med hull for inn-og utgående bjelker) å redusere luftstrømmen og gir mulighet for stabil tapering temperatur.
  7. Med RTD og patron varmeovner tilkoblet, slå på temperaturregulator. Still temperaturen til ~ 200 ° C, hvor fiberen begynner å mykne (den nøyaktige temperatur vil avhenge av dimensjonene av apparatet, omgivelsenes temperatur, og luftstrømmen rundt fiberen).
  8. Når temperaturen er stabilisert rundt innstillingspunktet, starter Labview program som oversetter de motoriserte trinn bort fra hverandre ved ~ 10 mikrometer / sek i hver retning.
  9. Overvåke signalet fra den InSb-detektor, som er den spektrale målesignal. Når detektoren signal når sin maksimale verdi (være forsiktig med å mette detektor), stopper de motoriserte etapper og slå av patron varmeovner (temperatur kontrolleren).
  10. Vent på ~ 10 min for fiberen å stivne (detektorsignalet vil avta litt under denne prosessen, mest sannsynlig på grunn av temperaturavhengigheten av brytningsindeksen eller termisk sammentrekning).
  11. Oversette den varmeblokk langs fiberen mot et fiber-klemme hvor fiberen er untapered. Deretter oversette den varmeblokk bort fra fiberen ved hjelp av sporet i varmeblokk for å tillate fiberen til å passere.
  12. Karakterisere SCG gjennom spektrale målinger med monochromator. En Inas filter kan være nødvendig å måle lang bølgelengde delen av spekteret.
  13. Fjern fiber hvis ønskelig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Etter vellykket fullføring av den in-situ avsmalnende prosedyre, bredere pumpen spektrum for å dekke 2,2 til 5 pm (ved ~ 40 dB under topp), som sett på figur 3.. Pumpen puls energi i As 2 S 3 fiber var ~ 250 PJ med en innledende puls lengde under 100 fsec. Den korte lengden på den koniske midje, ~ 2,1 mm, muliggjør generering av en bredbånds, sammenhengende SC. Dette opprettholder frekvensen kammen egenskapene til pumpens kilde. Mer informasjon om frekvens kam og andre egenskaper for SCG kan bli funnet i en.

Den resulterende avsmalnende fiber midje fra enkeltmodus Som 2 S 3 fiber (opprinnelig 7 mikrometer kjernediameter, 160 mikrometer kledning diameter, og 0,2 NA) er vist i et SEM bilde i Figur 4. Ved en diameter på ~ 2,3 um, er den avsmalnede innsnevrede for liten til å kunne observeres av øyet når i installasjonen, men det kan observeres gjennom diffraksjon o fa lyskilde. Den avsmalnende midje vil være omtrent like langt som den effektive varme sonen av varmeblokken. Statisk avsmalnende genererer en lang, eksponentiell overgangsområde fra untapered fiber til den koniske fiberen midje som opptar den resterende ~ 16 mm av trekkredskapet lengde.

Ettersom fibrene er avsmalnet, ligner den detekterte spektral målesignal Figur 5. Dette signalet bør forbli omtrent konstant inntil spektral utvidelse i fiberen begynner å oppstå når den GVD blir nær optimal. Signalet øker til en topp på en trekk-lengde på rundt 18 mm og begynner å falle raskt som GVD passerer det optimale punkt. Den 3-dB bredde av toppen i det spektrale målesignal er bare 252 nm og den 10-dB bredde er 572 nm, noe som viser at følsomheten til det skrådde fiberdiameteren og understreker nødvendigheten for in-situ avsmalning.

re en "fo: content-src =" / files/ftp_upload/50518/50518fig1highres.jpg "fo: content-width =" 5in "src =" / files/ftp_upload/50518/50518fig1.jpg "/>
Figur 1. In-situ Fiber Tapering Setup. Den fs pumpe kilden er koblet inn i As 3 2 S fiber med linse L en ved å optimalisere L 1 's lineær scenen stilling (vist i lys grå) og XY posisjon objektivfatning (ikke vist i figuren). Utgangssignalet fra fiber er koplet til den spektrale måleinnretningen med L 2 optimalisert ved en lineær fase. De motoriserte stadier (vist i mørk grå) trekke fiber fra den sentrale varmeapparat og stoppe når den spektrale måleverdi er maksimert.

Figur 2
Figur 2. Aluminum Heater Block. Varmeapparatet block ~ er 6 mm tykk med to 4 mm hull (ett for fiberen og en til å overvåke den omtrentlige temperatur av fiberen). En liten sliss er skåret i blokken for å tillate innsetting og fjerning av fiberen. Blokken er 2,54 cm lang, noe som er akkurat lenge nok til å passe hele varmeelementet i kassetten varmeovner. En keramisk innlegg (festet med en 8/32 set skrue) gir termisk isolasjon. RTD-sensor er plassert i kontakt med varmeblokken og nivået med en patron ovn for å gi raskest mulig tilbakemeldingssløyfe. Høyden på blokken-ikke en viktig dimensjon så lenge det er plass til patron varmeovner, 4 mm hull for fiber, og kraner for å montere varmeren block-er ~ 1,75 cm.

Figur 3
Figur 3. SCG Spectrum. Normalisert spektra av than inngang (pumpe) og utgang (SCG) er vist. Den genererte båndbredde av produksjonen er ~ 3 ganger bredere enn input i frekvens enheter ved 40 dB under toppnivået. Senkerøret i output spektrum lag 4,2 mikrometer tilsvarer CO to absorpsjon i atmosfæren.

Figur 4
Figur 4. SEM bilder avsmalnende Som 2 S 3 fiber. Eksempler på den koniske Som 2 S 3 fibre er vist i (a) og (b) (med hensikt brutt etter avsmalning for SEM imaging). (A) SEM-bilde av en AS 2 S 3 fiber sunket til omtrent diameter for optimal SCG, ~ 2,3 mikrometer. (b) En SEM bilde av en som 2 S 3 fiber konisk demonstrerer den minste konisk diameter opprettet med settetopp, ~ 760 nm.

Figur 5
Figur 5. Spectral Måling Signal vs Trekke Lengde. Normalisert utgangseffekt etter monochromator, satt i ro på 3,9 mikrometer, er vist for en enkelt fiber taper eksperiment. Utgangseffekten begynner å dramatisk øke etter ~ 17 mm for å trekke lengde. Den maksimale signal oppstår nær 18 mm for å trekke lengde, tilsvarende en fiber diameter på ~ 2,3 mikrometer. De motoriserte etapper ble stoppet kort tid etter denne toppen ble nådd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vi har vist en roman fiber smalner prosedyre og bekreftet sin gyldighet ved å utføre SCG i mid-IR. Så langt vi kjenner til, er den alternative metoden for dette programmet er basert på fastsettelse av fiber Trekklengde kreves for å skape en konisk fiber diameter som legger nok waveguide spredning å optimalisere SCG i fiber taper gjennom beregning, men siden den Trekklengde nødvendig for å maksimere den spektrale utvidelse for en bestemt lengde av fiber varierer for hvert eksperiment, er denne beregnede verdi bare et anslag. Den alternative metoden krever deretter fiber smalner å bli opprettet og testet etter hverandre inntil en ønsket avsmalningen er funnet. Ved å være i stand til å overvåke den spektrale profilen av SCG og bruke det som kriterium for å stoppe den avsmalnende prosessen, har vi optimalisert utgang av en enkelt fiber avsmalning for å oppnå betydelig utvidelse i en kort avsmalning. Dette reduserer kostnadene og tiden det tar å generate en nyttig fiber taper.

Den mest vanlige feilen er brudd av fiberen under den avsmalnende prosedyren. Pauser er vanligvis forårsaket av feil innstilling av temperaturen i ovnen blokken. Dersom temperaturen er for lav, vil den brekke fiberen på grunn av høy spenning. Hvis temperaturen er for høy, kan overflate krystallisering, 29 som genererer sprekker i overflaten av den fiber som lett forplante under spenning, produsere et brudd i fiberen. Av de to, ble den hyppigere modusen for svikt overoppheting av fiber, vanligvis fra ikke plassere RTD-sensor i den riktige stilling. En fiber pause er lett synlig som spektral måling signal vil plutselig falle til støynivå.

Ytterligere forbedringer i oppsettet er mulig. For eksempel, ville permanent feste RTD sensor til varmeapparatet blokken gi rom for en mer repeterbare tapering temperatur, eliminerer de vanligste modusen for å mislykkes. Også, remOving fuktighet fra smalner oppsettet ved å spyle oppsettet med tørr N 2 kan bidra til å unngå brekkasje under nedtrapping. Fjerne en vellykket fiber taper er gjort, men en reproduserbar prosedyre er ennå ikke utviklet. Som belegg 2 S 3 fiber med et tykt, beskyttende, lav indeks, lavt tap, kan claddingmaterialet forbedre den mekaniske stabiliteten av fiberen og tillater lettere håndtering av den koniske fiberen. Ved hjelp av alternative metoder for overvåking av spektret, slik som ved hjelp av en lang-bølgelengde pass filter som overfører på det lang bølgelengde siden av pumpen kilde, kunne forenkle deteksjon ordningen. Det er flere valgfrie modifikasjoner som kan være i stand til å utvide nytten av dagens in-situ tapering oppsett. Dimensjonene av aluminium varmeblokk kan endres for å endre lengden på den koniske region. Dynamisk avsmalning, som består av bevegelige varmeelementet med hensyn til fiber under avsmalninging (flamme børsting) og / eller flytte trinn ved forskjellige hastigheter, kan også utføres med in-situ-overvåking. Dette vil gi rom for ulike koniske fiber profiler som skal opprettes. Den totale dispersjon oppleves av pumpen kilden vil da avhenge av profilen opprettet. Dessuten ville erstatte varmeelementet med høy temperatur varmeapparat tillate fibre med høyere smeltepunkt for å være konisk.

Men ennå ikke demonstrert, kan in-situ fiber smalner teknikken brukes på andre fiber-baserte enheter som er produsert gjennom fiber nedtrapping. Liten nedtrapping i MOFs kan fininnstille spredning av fiber for effektiv SCG. 10. Ved å bruke en bredbånd kilde som dekker passbånd en MOF (kanskje en SCG baserte kilde), passbåndet, som vekter med dimensjon størrelsen på microstructuring, kan være blå-skiftet hjelp av in-situ fiber nedtrapping. 11. I tillegg kan en bredbånd kilde være ossed å karakterisere fiber komponenter, som for eksempel fiber koplinger 12 og WDMs, 13 fabrikkerte gjennom fiber smalner under produksjonen for å bedre møte spesifikasjonene. In-situ fiber nedtrapping kan tilpasses for å optimalisere resultatene av de fleste fiber smalner eksperimenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

En USA foreløpig patent er inngitt beskytte teknologien beskrevet i denne artikkelen.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker å takke G. Shambat, C. Phillips, K. Aghaei for uvurderlige diskusjoner, F. Afshinmanesh for SEM bilder, T. Marvdashti for eksperimentell støtte, og MF Churbanov og GE Snopatin fra Institutt for kjemi av høyrent Stoffer og VG Plotnichenko og EM Dianov fra Fiber Optics Research Center for den russiske Academy of Sciences for å gi As 2 S 3 fiber. Vi er takknemlige for støtten fra Office of Naval Research, NASA, Air Force Office of Scientific Research, Agilent, og Joint Technologies Office.

Materials

Name 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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Marandi, A., Rudy, C. W., Plotnichenko, V. G., Dianov, E. M., Vodopyanov, K. L., Byer, R. L. Mid-infrared supercontinuum generation in tapered chalcogenide fiber for producing octave-spanning frequency comb around 3 μm. Optics Express. 20, 24218-24225 (2012).
  2. Schliesser, A., Picque, N., Hansch, T. W. Mid-infrared frequency combs. Nature Photonics. 6, 440-449 (2012).
  3. Diddams, S. A., Hollberg, L., Mbele, V. Molecular fingerprinting with the resolved modes of a femtosecond laser frequency comb. Nature. 445, 627-630 (2007).
  4. Thorpe, M. J., Balslev-Clausen, D., Kirchner, M. S., Ye, J. Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: application to human breath analysis. Optics Express. 16, 2387-2397 (2008).
  5. Sears, C. M. S., Colby, E., England, R. J., Ischebeck, R., McGuinness, C., Nelson, J., Noble, R., Siemann, R. H., Spencer, J., Walz, D., Plettner, T., Byer, R. L. Phase stable net acceleration of electrons from a two-stage optical accelerator. Physical Review Letters. 11, 101301 (2008).
  6. Popmintchev, T., Chen, M. C., Arpin, P., Murnane, M. M., Kapteyn, H. C. The attosecond nonlinear optics ofbright coherent X-ray generation. Nature Photonics. 4, 822-832 (2010).
  7. Dudley, J. M., Taylor, J. R. Supercontinuum generation in optical fibers. , Cambridge University Press. (2010).
  8. Birks, T. A., Wadsworth, W. J., Russell, P. S. J. Supercontinuum generation in tapered fibers. Optics Letters. 25, 1415-1417 (2000).
  9. Leindecker, N., Marandi, A., Byer, R. L., Vodopyanov, K. L. Broadband degenerate OPO for mid-infrared frequency comb generation. Optics Express. 19, 6296-6302 (2011).
  10. Liao, M., Yan, X., Gao, W., Duan, Z., Qin, G., Suzuki, T., Ohishi, Y. Five-order SRSs and supercontinuum generation from a tapered tellurite microstructured fiber with longitudinally varying dispersion. Optics Express. 19, 15389-15396 (2011).
  11. Mägi, E. C., Steinvurzel, P., Eggleton, B. J. Tapered photonic crystal fibers. Optics Express. 12, 776-784 (2004).
  12. Ozeki, T., Kawasaki, B. S. Optical directional coupler using tapered sections in multimode fibers. Applied Physics Letters. 28, 528-529 (1976).
  13. Yataki, M. S., Payne, D. N., Varnahm, M. P. All-fibre wavelength filters using concatenated fused-taper couplers. Electronic Letters. 21, 248-249 (1985).
  14. Chandalia, J. K., Eggleton, B. J., Windeler, R. S., Kosinski, S. G., Liu, X., Xu, C. Adiabatic coupling in tapered air-silica microstructured optical fiber. IEEE Photonics Technology Letters. 13, 52-54 (2001).
  15. Mora, J., Díez, A., Fonjallaz Andréz, P. Y., Popov, M. Tunable dispersion compensator based on a fiber Bragg grating written in a tapered fiber. IEEE Photonics Technology Letters. 16, 2631-2633 (2004).
  16. Rusu, M., Herda, R., Kivistö, S., Okhotnikov, O. G. Fiber taper for dispersion management in a mode-locked ytterbium fiber laser. Optics Letters. 31, 2257-2259 (2006).
  17. Alfanao, R. R., Shapiro, S. L. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glass. Physical Review Letters. 24, 584-587 (1970).
  18. Eggleton, B. J., Luther-Davies, B., Richardson, K. Chalcogenide photonics. Nature Photonics. 5, 141148 (2011).
  19. Snopatin, G. E., Shiryaev, V. S., Plotnichenko, V. G., Dianov, E. M., Churbanov, M. F. High-purity chalcogenide glasses for fiber optics. Inorganic Materials. 45, 1439-1460 (2009).
  20. Harbold, J. M., Ilday, F. O., Wise, F. W., Sanghera, J. S., Nguyen, V. Q., Shaw, L. B., Aggarwal, I. D. Highly nonlinear As-S-Se glasses for all-optical switching. Optics Letters. 27, 119-121 (2002).
  21. Hudson, D. D., Dekker, S. A., Magi, E. C., Judge, A. C., Jackson, S. D., Li, E., Sanghera, J. S., Shaw, L. B., Aggarwal, I. D., Eggleton, B. J. Octave spanning supercontinuum in an As2S3 taper using ultralow pump pulse energy. Optics Letters. 36, 1122-1124 (2011).
  22. Domachuk, P., Wolchover, N. A., Cronin-Golomb, M., Wang, A., George, A. K., Cordeiro, C. M. B., Knight, J. C., Omenetto, F. G. Over 4000 nm bandwidth of mid-IR supercontinuum generation in sub-centimeter segments ofhighly nonlinear tellurite PCFs. Optics Express. 6, 7161-7168 (2008).
  23. Hu, J., Menyuk, C. R., Shaw, L. B., Sanghera, J. S., Aggarwal, I. D. Maximizing the bandwidth of supercontinuum generation in As2Se3 chalcogenide fibers. Optics Express. 18, 6722-6739 (2010).
  24. El-Amraoui, M., Fatome, J., Jules, J. C., Kibler, B., Gadret, G., Fortier, C., Smektala, F., Skripatchev, I., Polacchini, C. F., Messaddeq, Y., Troles, J., Brilland, L., Szpulak, M., Renversez, G. Strong infrared spectral broadening inlow-loss As-S chalcogenide suspended core microstructured optical fibers. Optics Express. 18, 4547-4556 (2010).
  25. Marandi, A., Leindecker, N., Byer, R. L., Vodopyanov, K. L. Coherence properties of a broadband femtosecond mid-IR optical parametric oscillator operating at degeneracy. Optics Express. 20, 7255-7262 (2012).
  26. Dudley, J. M., Coen, S. Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers. Optics Letters. 27, 1180-1182 (2002).
  27. Corwin, K. L., Newbury, N. R., Dudley, J. M., Coen, S., Diddams, S. A., Weber, K., Windeler, R. S. Fundamental noise limitations to supercontinuum generation in microstructure fiber. Physical Review Letters. 90, 113904 (2003).
  28. Birks, T. A., Li, Y. W. The shape of fiber tapers. Journal of Lightwave Technology. 10, 432-438 (1992).
  29. Churbanov, M. F. High-purity chalcogenide glasses as materials for fiber optics. Journal of Non-Crystalline Solids. 184, 25-29 (1995).

Tags

Fysikk Engineering Photonics Optikk infrarøde spektra ikke-lineær optikk optiske fibre optiske bølgeledere bølgeutbredelse (optikk) fiberoptikk infrarød optikk fiber tapering chalcogenide supercontinuum generasjon mid-infrarødt, Frekvens kam scanning elektronmikroskopi SEM
<em>In-situ</em> Tapering av chalcogenide Fiber for Midt-infrarød Supercontinuum Generation
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rudy, C. W., Marandi, A.,… More

Rudy, C. W., Marandi, A., Vodopyanov, K. L., Byer, R. L. In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation. J. Vis. Exp. (75), e50518, doi:10.3791/50518 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter