В месте сужения Халькогенидные волокно для средней инфракрасной области спектра генерации супер
Summary
Мы опишем способ<em> На месте</em> Как сужения<sub> 2</sub> S<sub> 3</sub> Волокна для достижения эффективного среднего инфракрасного суперконтинуум поколения. На формы при мониторинге спектра суперконтинуум автора, спектральная ширина может быть максимальной для волокна конус.<em> В месте</em> Волокна сужающийся может применяться для оптимизации производительности других волоконно-устройств.
Abstract
Генерация суперконтинуума (SCG) в коническую халькогенидных волокон желательно для расширения среднего инфракрасного (или среднего ИК, примерно 2-20 мкм диапазоне длин волн) частотные гребенки 1, 2 для приложений, таких как молекулярная дактилоскопия, 3 след обнаружения газа, 4 лазерному ускорению частиц, 5 и рентгеновского производства через высокие гармоники. 6 Достижение эффективной SCG в коническую оптического волокна требует точного контроля дисперсии групповой скорости (ДГС) и временные характеристики оптических импульсов в начале волокно, 7, которые сильно зависят от геометрии конуса. 8 В связи с изменениями в сужающийся установки и процедуры для последовательных SCG эксперименты, такие как длина волокна, сужающийся температуры окружающей среды, или власть в световод, на месте спектральный мониторинг SCG необходимо оптимизировать спектр выходного сигнала для одного эксперимента.
В месте волокно сужающийся к SCG муфта состоит из источника накачки через волокно быть снижена до спектральный прибор измерения. Волокно затем коническая а спектральные измерения сигнала наблюдается в режиме реального времени. Когда сигнал достигает своего пика, сужающийся остановлен. На месте сужается процедура позволяет генерировать стабильный октавы охватывающих, среднего ИК-частотная гребенка из под гармонику коммерчески доступных ближней ИК-частотная гребенка. 9 Этот метод снижает затраты за счет сокращения времени и материалов, необходимых для изготовления конических оптимальной с талией длиной всего 2 мм.
На месте сужающийся методика может быть распространена на оптимизацию микроструктурированных оптическое волокно (MOF) для SCG 10 или настройку полосы пропускания MOFs, 11 оптимизации конических пар волокна для плавленого муфты волокна 12 и разделением по длине волны мультиплексоров (WDMs), 13или изменении компенсации дисперсии для сжатия или растяжения оптических импульсов. 14-16
Introduction
После того, как впервые изготовлен в видимом диапазоне длин волн 1,7 SCG источники смещается в сторону среднего ИК, в значительной степени обусловлено применение в спектроскопии. 3, 4 халькогенидных волокон, которые включают сульфиды, селениды, и теллуридов, были популярным материалом для среднего ИК из-за их низкой потери распространения и высокой нелинейности, 18 менее 100 дБ / км и ~ 19 200 раз больше, чем кремнезема для As 2 S 3, 20 соответственно. Тем не менее, GVD нулевой длины волны наиболее халькогенидов расположен в средней ИК через среднюю длину волны большинство имеющихся сверхбыстрых источников накачки, что делает сложным SCG в сыпучий материал или стандартного одномодового халькогенидных волокон. Волновод дисперсии может быть использована для изменения нулевого GVD точкой для SCG. 7 Способы введения сильной дисперсии волновода включают волокна сужается, 8, 21, используя микроструктурированных волокон, 22-24 илидаже комбинации этих двух. 10, смещая нулевой GVD волны менее длины волны накачки, насос будет испытывать аномальной дисперсии в волокне. При аномальном режиме дисперсии солитонов происходит через баланс нелинейных щебечут вызванные самостоятельной фазовой модуляции и ЛЧМ-импульса вызванные ДГС. Для источника насос фемтосекундного спектрального расширения, как правило, доминируют солитона деления или импульсный нарушение, которое происходит после начального временного сжатия, как импульс распространяется вдоль волокна. 7 В случае волокно сужение, подсчета общего GVD, в том числе и материальные и дисперсии волновода, может обеспечить приближение конечного диаметра конус, необходимые для производства существенно расширен спектр. В связи с сильной зависимостью SCG на GVD и колебания между экспериментальных испытаний, включая изменения длины волокон до трапециевидного участка и муфтой насоса к волокну, рассчитанный приближение не является достаточным еили достижения оптимизированный конусом в одном суде. Спектральный мониторинг позволяет эти различия в экспериментальной установке, которые должны соблюдаться и учитываться в на месте сужается.
Кроме того, создание эффективной суперконтинуум (СК) в течение короткого конические волокна уменьшает количество нелинейного усиления шума сохранении когерентности SCG и частотной гребенки свойства источника накачки. 25-27 надлежащее управление дисперсией, поэтому необходимость в месте сужается, становится еще более критической длины волокна коротка, как SCG масштабах допуска длины.
На месте установки сужающийся начинается с источником накачки, который является субгармоники с синхронизацией мод, легированного Er волоконный лазер, 9 сочетании в ядро As 2 S 3 волокно, которое будет конической. Выходе волокна затем соединяется с устройством, которое характеризует спектральный профиль. В Эксперимных, InSb детектор после монохроматора с ~ 20 нм разрешение используется для контроля часть выходного спектра, где есть сначала очень низкой сигнал от источника накачки (при ~ 3,9 мкм), так что волокно может контролироваться при сужается. Когда волокно имеет коническую форму и расширяет спектр, спектральный сигнал измерения возрастает по мере дисперсии оптимизирована для отдельного эксперимента. Контролируя спектр в течение сужающийся процедура, сужающийся может быть остановлено в момент, когда уширение спектра было максимальным. В месте сужения позволяет оптимизировать управление дисперсией для эффективного SCG в одном конус волокна. Сужение со статическим, узкая зона тепла производит высокой талией конус волокно, 28, которое позволяет с низким уровнем шума SCG. Вместе, на месте статические сужающийся можете включить последовательной, низким уровнем шума, охватывающие октаву SCG в среднем ИК.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы продемонстрировали новые волоконно сужающийся процедуры и проверены его действия, выполняя SCG в среднем ИК. Насколько нам известно, альтернативный метод для этого приложения основан на определении длины волокна потянув необходимые для создания конических диаметром волокна, котор?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Шамбатом Г., К. Филлипс, К. Aghaei за неоценимую обсуждения, Ф. Afshinmanesh для SEM изображения, Т. Marvdashti для экспериментальной поддержки, М. Ф. Чурбанов и GE Снопатин из Института химии высокочистых Вещества и В.Г. Плотниченко и Е.М. Дианов из Исследовательского центра волоконной оптики из России Академии наук за предоставление As 2 S 3 волокна. Мы также благодарны за поддержку со стороны Управления военно-морских исследований, НАСА, ВВС Office научных исследований, Agilent, и Объединенная Офисные технологии.
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. |
Referências
- 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).
- Schliesser, A., Picque, N., Hansch, T. W. Mid-infrared frequency combs. Nature Photonics. 6, 440-449 (2012).
- Diddams, S. A., Hollberg, L., Mbele, V. Molecular fingerprinting with the resolved modes of a femtosecond laser frequency comb. Nature. 445, 627-630 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dudley, J. M., Taylor, J. R. . Supercontinuum generation in optical fibers. , (2010).
- Birks, T. A., Wadsworth, W. J., Russell, P. S. J. Supercontinuum generation in tapered fibers. Optics Letters. 25, 1415-1417 (2000).
- 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).
- 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).
- Mägi, E. C., Steinvurzel, P., Eggleton, B. J. Tapered photonic crystal fibers. Optics Express. 12, 776-784 (2004).
- Ozeki, T., Kawasaki, B. S. Optical directional coupler using tapered sections in multimode fibers. Applied Physics Letters. 28, 528-529 (1976).
- Yataki, M. S., Payne, D. N., Varnahm, M. P. All-fibre wavelength filters using concatenated fused-taper couplers. Electronic Letters. 21, 248-249 (1985).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Eggleton, B. J., Luther-Davies, B., Richardson, K. Chalcogenide photonics. Nature Photonics. 5, 141148 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dudley, J. M., Coen, S. Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers. Optics Letters. 27, 1180-1182 (2002).
- 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).
- Birks, T. A., Li, Y. W. The shape of fiber tapers. Journal of Lightwave Technology. 10, 432-438 (1992).
- Churbanov, M. F. High-purity chalcogenide glasses as materials for fiber optics. Journal of Non-Crystalline Solids. 184, 25-29 (1995).
