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 Orta kızılötesi Supercontinuum Üretimi için Chalcogenide Fiber kademeli olarak azaltılması

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

Summary

Biz bir yöntem tarif

Abstract

Bir konik kalkojenit lif Supercontinuum nesil (SCG) gibi moleküler parmak izi, 3 eser gaz algılama, 4 gibi uygulamalar için orta kızılötesi (ya da kabaca 2-20 mikron dalga boyu aralığında, orta-IR) frekans tarak 1, 2 genişletilmesi için arzu edilir yüksek harmonik oluşumu aracılığıyla lazer tahrik partikül akselerasyon, 5 ve X-ışını üretimi. 6, şevli fiber optik etkili SCG sağlanması başında grup hızı dispersiyonu (GVD) ve optik darbeler zamansal özelliklerinin hassas kontrolü gerektirir lif, konik geometrisine güçlü bağlı 7. deneyleri-gibi lif uzunluğu, ortam sıcaklığı sivrilen, ya da elyaf haline birleştiğinde güç olarak art arda SCG için sivrilen kurulum ve prosedür farklılıklar nedeniyle 8, in-situ spektral izleme SCG tek bir deney için çıkış spektrumu optimize etmek için gereklidir.

SCG dozunun azaltılması için in-situ bir lif bir spektral ölçüm cihazına konik olması fiber üzerinden pompa kaynak bağlantısı oluşur. Spektral ölçüm sinyali, gerçek zamanlı olarak tespit edilir ise elyaf, daha sonra incelmektedir. Sinyal zirveye ulaştığı zaman, gittikçe incelen durdurulur. In-situ sivrilen işlemi ticari olarak satılan bir yakın-IR frekans tarak alt harmonik bir istikrarlı, oktav-kapsayan, orta-IR frekans tarak üretimi için izin verir. 9 Bu yöntem zamanında ve gerekli malzemeler azalma maliyetini düşürür sadece 2 mm arasında bir bel uzunluğu ile optimal bir konik imal etmek.

In-situ sivrilen teknik erimiş fiber bağlantı elemanları 12 ve dalgaboyu bölmeli çoklayıcı (WDMs), 13 MOFs, 11 optimize konik lif çiftleri passband 10 veya ayar SCG için mikrostrüktürlü fiber optik (MOF) optimize etmek için uzatılabilirveya sıkıştırma için dağılım tazminat değiştirerek veya optik bakliyat germe. 14-16

Introduction

İlk görünür dalga boyu aralığında üretilen sonra 1,7 SCG kaynakları büyük ölçüde spektroskopi uygulamaları ile tahrik orta IR,. 3, sülfürler, selenidler ve tellür'den dahil 4 Chalcogenide lifler, doğru kaymıştır için popüler bir malzeme olmuştur onların düşük yayılma kaybı ve 100'den 18 daha az yüksek doğrusal, için orta-IR nedeniyle dB / km 19 ve 2 olarak için ~ 200 kez silika bu S 3, 20 sırasıyla. Bununla birlikte, çoğu Kalkojenürlerin sıfır GVD dalga boyu dökme malzeme ya da bir standart tek modlu kalkojenit lif SCG zorlu hale mevcut çok hızlı pompa kaynaklarının çoğunluğunun merkez dalgaboyu ötesinde, orta-IR bulunur. Dalga dispersiyonu SCG için sıfır GVD noktası değiştirmek için kullanılabilir. Güçlü dalga dispersiyonu tanıtmak için 7 Yöntem lif mikrostrüktürlü elyaf, 22-24 ile 21, 8, sivrilen ya da dahilPompa dalga boyu aşağıdaki sıfır GVD dalga boyu kaydırarak iki. 10 bile bir arada, pompa lif anormal dağılım yaşayacaksınız. Anormal dağılım rejiminde, soliton oluşumu kendi kendine faz modülasyonu ve GVD neden doğrusal cıvıltı neden doğrusal olmayan cıvıltı dengelemek suretiyle oluşur. Bir femtosaniye pompa kaynak için, genişletilmesi spektral genellikle darbe lif boyunca yayar gibi bir başlangıç ​​zamansal sıkıştırma sonra ortaya çıkar soliton fisyon veya darbeli kırma, hakimdir. Lif durumunda 7, sivrilen toplam malzeme hem GVD dahil olmak üzere hesaplanması ve Dalga kılavuzu dispersiyon bir ölçüde genişletilmiş spektrumlu için ihtiyaç duyulan son çapı konik bir yaklaşım sağlar. Nedeniyle GVD ve lif için pompa konik bölge ve kavrama önce lif uzunluğu değişiklikler dahil olmak üzere Deneysel çalışmalarda, arasında dalgalanmalar SCG güçlü bağımlılığı, hesaplanan yaklaşım f yeterli değildirveya tek bir deneme optimize edilmiş konik elde. Spektral izleme yerinde sivrilen en çok gözlenen ve hesaba katılması deney düzeneği bu değişimleri sağlar.

Ayrıca, kısa bir konik lif etkin bir Supercontinuum (SC) üreten SCG tutarlılığını ve pompa kaynağının sıklığı tarak özelliklerini korudu doğrusal olmayan bir gürültü amplifikasyon miktarını azaltır. 25-27 Uygun dispersiyon yönetimi ve bu nedenle de gerekliliğini sivrilen yerinde, uzunluğu ile SCG tolerans ölçekler olarak, lif uzunluğu kısa olduğu zaman daha da kritik hale gelir.

In-situ incelen konik kurulum olacak gibi 2 S 3 elyaf çekirdek içine bağlanmış bir mod-kilitli Er katkılı fiber lazer, 9 Subharmonic olan pompa kaynağı ile başlar. Fiberin çıkış daha sonra spektral profil karakterize eden bir cihaza bağlanmıştır. Experim olarakPompa kaynağı (~ 3.9 mikron) çok düşük sinyal başlangıçta var olduğu ent çözünürlüğü yaklaşık 20 nm olan bir monokromatör sonra InSb detektörü fiberin takip edilebilir, böylece çıkış spektrumunun bir kısmını izlemek için kullanılır iken sivrilen. Fiber konikleşmektedir ve spektrum genişletmektedir zaman, dispersiyon olarak spektral ölçüm sinyali arttıkça, bireysel deneye için optimize edilmiştir. Sivrilen işlem sırasında spektrum izleyerek, sivrilen genişletilmesi spektral maksimize edilmiştir şu anda durdurulabilir. Yerinde sivrilen tek bir fiber konik etkili SCG için optimize edilmiş dağılım yönetimi sağlar. Statik, dar ısı bölgesi ile sivrilen düşük gürültü SCG için izin veren bir kısa elyaf konik bel, 28 üretir. Birlikte, sivrilen yerinde statik orta-IR tutarlı, düşük gürültü, oktav-kapsayan SCG etkinleştirebilirsiniz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Sivrilen Kurulum Fabrikasyon (Şekil 1'de Montajlı Kurulum bakınız)

  1. Aşamaları temas eden ve birbirinden doğru ve uzak çevirmek böylece breadboard (kabaca merkezli) üzerindeki motorlu lineer aşamaları Güvenli
  2. Lif bağlar hazırlayın ve yer
    1. Birbirine yakın delikleri kullanarak motorlu lineer aşamasında levhalar (her biri) için iki optik mesajları takın.
    2. Mesaj üstleri çıplak fiber optik bağlar takın. Elyaf için v-oluklar uyumlu olduğundan emin olun. (Not: çıplak fiber optik çıkıntıların yüksekliği yaklaşık sistemin kiriş yüksekliği olacak buna göre ileride direk ve zemin yükseklikleri seçin.).
  3. Giriş ve çıkış bağlantı elemanları hazırlamak ve yer
    1. Adaptör plakaları ile motorlu doğrusal aşamaları (giriş için bir ve çıkış tarafı için bir) doğrusal çeviri aşamaları takın.
    2. AR kaplı ZnSe giriş bağlantı l yerleştiringiriş çeviri sahnede ens (bir kaide üzerinde x ve y çeviri ile bir optik montaj monte). Pompa kaynağından elyaf çekirdek optimum bağlanması, bir odak uzunluğu seç. Lensinin merkezi elyaf kelepçeler V-oluk ile aynı yükseklikte olduğundan emin olun.
    3. Çıkış çeviri sahnede kaplanmamış ZnSe çıkış bağlantı lens (bir kaide üzerinde x ve y çeviri ile bir optik montaj monte) yerleştirin. Lensin merkezinde v-oluk ile aynı yükseklikte olduğundan emin olun.
  4. (Şekil 2'de gösterildiği gibi) hazırlayın ve ısıtma elemanı yer
    1. Makine alüminyum blok lif (ekleme ve lif kaldırmak için bir yarık ile) ve, kartuş ısıtıcılar, ve 8 / delik fiber sıcaklığının izlenmesi için delikli istenilen boyutlarda (~ 6 mm x 25.4 mm x 17.5 mm) için 32 kartuş ısıtıcılar montaj ve güvenliğini sağlamak için alt ve üst delikleri vurdu.
    2. T kartuş ısıtıcılar takıno uygun alüminyum blok delik ve 8/32 set vida ile sabitleyin.
    3. Isı yalıtımı için en iyi 8/32 ayar vidası bir seramik sonrası takın.
    4. Seramik yazılan bir optik sonrası takın ve XYZ lineer sahneye ısıtıcı sağlamak için ek bir optik yazı ile dik açı sonrası kelepçe kullanın.
    5. Alüminyum ısıtıcı 2 S 3 elyaf gibi için delik elyaf kelepçeler v-oluklu merkezli böylece Breadboard XYZ doğrusal aşamasında elde edin.
    6. Isıtıcı lif engel olmadan güvenli sağlayan, çıplak fiber optik kelepçeleri yakın artık böylece XYZ lineer sahne ile alüminyum ısıtıcı Çevir.

2. Chalcogenide Elyaf Hazırlama

  1. 2 G 3 elyaf gibi ceketli bir istenen uzunlukta bekletin (olmalıdır daha uzun 8.5 cm, her bir fiber konik için gerekli kaplamalı fiber uzunluğu) yaklaşık 10 dakika boyunca aseton içinde ya da sonuceket yumuşak olur. (Farklı fiber kullanıyorsanız ceket için uygun çözücü kullanın).
  2. Yavaşça bir seferde 5 cm daha uzun bir bölüm kaldırarak, bir KimWipe ile yumuşatılmış ceket çıkarın.
  3. Bir KimWipe üzerinde izopropanol ile çıplak fiber temizleyin.
  4. 2 S 3 lif gibi bir tutunmaya bir ucuna alçak balta kullanın. Tutunmaya kalite incelemek için görüntü atılan lif ucu.
  5. Ölçün ve lif en az bir 6,35-cm uzunluğunda bir parça kırmak. Bu elyaf lif uzunluğu zorlukla kelepçeler sopa elyaf için gerekli uzunluktan daha ~ 2 cm daha uzun olması gerekir.
  6. Cleave fiberin ikinci ucuna alçak satır kullanın. Tutunmaya kalite incelemek için görüntü atılan lif ucu. Lif ilk bölünmüş son temastan kaçının.
  7. Sivrilen kurulum lif kelepçeler içinde lif yerleştirin. Fiber (burada elyaf ısıtılacaktır) merkezine dokunmaktan kaçının.

3. Yerinde Fiber dokununProsedürü ovalayın

  1. AR kaplanmış ZnSe objektifi (f = 12.7 mm) ile ve fiber temel modu için bir çift olarak orta-IR pompa kaynağı. Görüntü, güç temel modu çoğunlukla sağlamak için Pyrocam ile fiberin çıkış yönü için kaplanmamış ZnSe objektifi (f = 20 mm) kullanın. Pompa ışın lif ekseni boyunca ilerleyen olduğundan emin olun. Değilse motorlu aşamalarında hareket etmeye başlar kez, kavrama değişecek.
    1. Pompanın kaynağının önünde bir helikopter yerleştirin. (Bu adım AC coupled dedektörleri için gereklidir).
    2. Monokromator yoluyla ve monokromatör önce ve sonra kaplanmamış CaF 2 lens (f = 20 mm) kullanılarak InSb detektöre fiberin birkaç çıktı.
    3. Iletilen sinyalin ancak gürültü kat (~ 3.9 mikron) üzerindedir kadar spektrumun uzun dalga boyu yan monokromatör geçmesine izin vermek için monokromotor ızgara döndürün. Bunun yerine filtreninmonokromatör ile ING (adım 3.2.2 ve 3.2.3), uygun bir optik filtre, pompa ölçülebilir uzun dalga boyu içeriği daha uzun dalga boylarında tespit gücü ölçmek için kullanılabilir.
  3. Lif yarık arasından kayıp gidiyor ve alüminyum ısıtıcı fiber deliğe merkezli kadar alüminyum ısıtıcı Çevir.
  4. Kartuş ısıtıcılar biri ile RTD sensörü düzeyde yer. Şekil 2'de gösterildiği gibi, blok ile temas halinde kadar, tam yavaşça alüminyum ısıtıcı karşı RTD sensörü basın. RTD doğru, ısıtıcı (veya tekrarlanabilir bir şekilde) ile temas halinde değilse, bloğunun ısı bilinmeyebilir ve lif sivrilen sırasında kırılmasına neden olur. Monokromatör için sinyal azalma değil emin olun.
    1. Küçük bir RTD deliğe sıcaklığını izlemek için ısıtıcı bloğunun diğer deliğin içine yerleştirilebilir. (İsteğe bağlı)
  5. I dijital mikroskop kullanınsivrilen işlemi sırasında elyaf izlenmesine izin vermek için ısıtıcı blok Mage lif. (İsteğe bağlı)
  6. Hava akımı azaltmak ve istikrarlı sivrilen sıcaklık için izin vermek için bir kutu (giriş ve çıkış kirişler için delikli) ile kurulum örtün.
  7. RTD ve kartuş ısıtıcılar bağlıyken, sıcaklık kontrol açın. Fiber yumuşamaya başlar ~ 200 ° C (kesin sıcaklık fiberin etrafında ısıtıcı, ortam sıcaklığı, ve hava akımının boyutları bağlıdır) için sıcaklık ayarlayın.
  8. Sıcaklık ayar noktası etrafında istikrarlı sonra, uzak bir her yönde ~ 10 mm / sn diğerinden motorlu aşamaları çevirir Labview programını başlatın.
  9. Spektral ölçüm sinyali olan InSb dedektör sinyal izleyin. Dedektör sinyal maksimum değerine (dedektör doyurmak için dikkat edin) ulaştığında, motorlu aşamaları durup kartuşu ısıtıcılar (ısı kontrol) kapatmak.
  10. (Dedektör sinyal kırılma indeksi veya termal daralma sıcaklık bağımlılığı nedeniyle büyük olasılıkla, bu işlem sırasında biraz azalacak) sağlamlaştırmak için fiber için ~ 10 dakika bekleyin.
  11. Fiber untapered bir fiber tespit doğru fiber boyunca ısıtıcı blok çevirmek. Daha sonra lif geçmesine izin vermek için, ısıtıcı blok yarık kullanarak elyaftan ısıtıcı blok çevirmek.
  12. Monokromatör ile spektral ölçümler yoluyla SCG karakterize. Bir InAs filtre doğru spektrumun uzun dalga boyu kısmı ölçmek için gerekli olabilir.
  13. İstenirse elyaf çıkarın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

In-situ sivrilen işlemi başarıyla tamamlandıktan sonra, pompa spektrumu Şekil 3'te görüldüğü 2,2-5 um (zirve altında ~ 40 dB), ikinci kapsayacak şekilde genişletilmiştir. Olarak 2 S 3 lif pompa darbe enerjisi 100 FSEC altında bir ilk darbe uzunluğu ile ~ 250 pJ oldu. Konik bel kısa boyu, ~ 2.1 mm, geniş bant, tutarlı SC üretimi için izin verir. Bu, pompa kaynağının sıklığı tarak özelliklerini korur. Frekans tarak ve SCG diğer özellikleri hakkında daha fazla bilgi 1 bulunabilir.

2 G 3 elyaf (başlangıçta 7 mikron çekirdek çapı 160 mikron kaplama çapa ve 0.2 NA) gibi tek modundan oluşan konik lif bel Şekil 4, bir SEM görüntüsü gösterilmiştir. ~ 2.3 mikron çapında anda, konik bel zaman kurulumunda gözle gözlemlenebilir kadar küçük, ama kırınım o ile görülebilir fa ışık kaynağı. Konik bel ısıtıcı blok etkili ısı bölgesi olarak da yaklaşık olarak uzun olacaktır. Statik sivrilen kalan işgal şevli fiber bel ~ çekme uzunluğu 16 mm untapered fiber uzun, üstel geçiş bölgesi oluşturur.

Fiber şevlidir gibi, tespit edilen ölçüm sinyalinin spektral Şekil 5, benzer. Lif spektral kadar genişletilmesi Bu sinyal, kabaca sabit kalmalıdır GVD uygun yakın olduğunda ortaya başlar. Sinyal ~ 18 mm çekerek uzunluğunda bir zirveye artar ve hızlı bir şekilde GVD optimum noktası geçerken düşmeye başlar. Spektral ölçüm sinyali en tepe 3-dB genişliği sadece 252 nm ve 10-dB genişliği 572 nm, konik lif çapına duyarlılık gösterir ve yerinde sivrilen için gerekliliğini vurguluyor.

yeniden 1 "fo: içerik-src =" / "fo: içerik-width =" files/ftp_upload/50518/50518fig1highres.jpg 5in "src =" / files/ftp_upload/50518/50518fig1.jpg "/>
Şekil 1. Yerinde Fiber Kurulum sivrilen. Fs pompa kaynağına birleştirilmiştir optimize L 1 'in lineer sahne pozisyonu (açık gri gösterilir) ve lens montaj XY pozisyonu ile lens L 1 ile 2 S 3 lifi gibi (şekilde gösterilmemiştir). Fiberin çıkış doğrusal bir aşama ile optimize L 2 spektral ölçüm cihazına birleştirilmiştir. Motorlu aşamaları (koyu gri gösterilen) uzaklıkta merkezi ısıtıcıdan lif çekin ve spektral ölçüm değerini maksimize durdurmak.

Şekil 2,
Şekil 2. Alüminyum Isıtıcı Blok. Isıtıcı blokk iki adet 4 mm'lik deliklere (elyaf ve elyaf, yaklaşık ortam sıcaklığını izlemek için biri için bir tane) ile kalın ~ 6 mm'dir. Küçük bir yarık yerleştirilmesi ve fiberin ayrılmasına olanak sağlamak üzere blok içinde kesilir. Blok sadece yeterince uzun kartuş ısıtıcılar, tüm ısıtma elemanı uygun olan, 2.54 cm uzunluğundadır. Bir seramik sonrası (bir 8/32 ayar vidası ile bağlı) ısı yalıtımı sağlar. RTD sensörü en hızlı geri besleme döngüsü sağlamak için bir kartuş ısıtıcı, ısıtıcı ve seviye blok ile temas halinde yerleştirilir. Ve yükseklik sürece ~ 1.75 cm blok olan ısıtıcı monte etmek için kartuş ısıtıcılar, lif için 4-mm delik ve musluklar için bir oda var gibi blok değil önemli bir boyut.

Şekil 3,
Şekil 3,. Spektrum SCG. T normalize spektrumlarıo girişi (pompa) ve çıkış (SCG) gösterilmiştir. Çıkışın oluşturulan bant tepe 40 dB altındadır frekans birimi girdi göre yaklaşık 3 kat daha geniştir. 4.2 mikron civarında çıkış spektrumunda daldırma atmosferde 2 emme CO karşılık gelir.

Şekil 4,
Şekil 4. 2 G 3 fiberler de şevli 2 G 3 elyaf olarak konik. Örnekleri arasında SEM görüntüleri, 2 S gibi, bir (a) ve (b) (bilerek SEM görüntüleme için gittikçe incelen sonra kırık). (A) SEM görüntüsü gösterilmektedir Optimum SCG için yaklaşık olarak aynı çapa konik 3 elyaf, ~ 2.3 mm. (b) konik bir biçimde 2 olarak, S 3 lif SEM görüntüsü grubu ile oluşturulan küçük çaplı gösteren konikkadar, ~ 760 nm.

Şekil 5,
Şekil 5,. Uzunluk Çekme vs spektral ölçüm Sinyal. Monokromatör sonra normalize çıkış gücü, 3.9 mikron sabit set, tek bir fiber konik deney için gösterilir. Çıkış gücü önemli ölçüde boyu çekerek ~ 17 mm sonra artmaya başlar. Maksimum sinyal ~ 2.3 mikron bir elyaf çapına karşılık gelen uzunluğu, çekme kapatmak için 18 mm'ye çıkar. Bu zirveye ulaşmıştır sonra motorlu aşamaları kısa bir süre durduruldu.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Biz yeni bir fiber sivrilen prosedürü gösterdi ve orta-IR SCG gerçekleştirerek geçerliliğini doğruladıktan. Bildiğimiz kadarıyla en iyi için, bu uygulama için alternatif bir yöntem hesaplama ile fiber konik içinde SCG optimize etmek için yeterli dalga dispersiyonu ekleyen bir konik lif çapı oluşturmak için gereken lif çekme süresini belirleyen dayanır, ancak, çekme boyu gerekli beri Fiber, belirli bir süre için genişletilmesi spektral üst düzeye çıkarmak için her bir deney için, bu hesaplanan değer sadece bir tahmindir değişir. Alternatif bir yöntem daha sonra arzu edilen bir konik bulunana kadar lif daralan oluşturulur ve sonra başka bir test edilmesi gerekir. SCG spektral profil izlemek ve sivrilen sürecini durdurmak için kriter olarak kullanmak için güçlü olmak, biz kısa konik olarak genişletilmesi önemli elde etmek için tek bir fiber konik çıkışını optimize. Bu büyük ölçüde cins için gerekli maliyet ve süresini azaltırte yararlı bir fiber konik.

En yaygın arıza sivrilen işlemi sırasında lif kırılması olup. Sonları genellikle düzgün ısıtıcı blok sıcaklık ayarı kaynaklanır. Eğer sıcaklık çok düşükse, fiberin yüksek gerilim nedeniyle kesilir. Sıcaklık çok yüksek olursa, gerilme altında kolaylıkla yayılması fiberin yüzeyinde çatlak yüzeyi oluşturur kristalizasyon, 29, lif bir ara üretebilir. Iki ki, başarısızlık daha sık modu genellikle doğru konumda RTD sensörü yerleştirerek değil gelen, lif aşırı ısınma oldu. Bir fiber ara kolayca spektral ölçüm sinyali olarak saptanabilir aniden gürültü yere düşecek.

Kurulum için daha fazla ilerleme mümkündür. Örneğin, sürekli ısıtıcı blok RTD sensörü bağlama yetmezliğinin en yaygın mod ortadan kaldırılması, daha çok tekrar sivrilen sıcaklığına olanak sağlayacaktır. Ayrıca, remkuru N2 ile kurulum tasfiye ile sivrilen kurulum nem oving sivrilen sırasında kırılmaları önlemeye yardımcı olabilir. Başarılı bir fiber konik çıkarma tamamlanmıştır, ancak bir tekrarlanabilir prosedür henüz geliştirilmiş değil. Kaplama kalın, koruyucu, düşük indeksi, düşük kayıp 2 saniye ile 3 elyaf olarak, kaplama malzeme fiberin mekanik stabilite getirebileceği ve şevli fiber daha iyi tutuş sağlar. Böyle pompa kaynağının uzun dalga boyu tarafta, algılama düzeni kolaylaştırabileceği ileten uzun dalga boyu geçişli filtre kullanılarak olarak spektrumu, izlenmesi için alternatif yöntemler kullanılarak. Mevcut yerinde sivrilen kurulum yararlılığını genişletmek mümkün olabilir birçok isteğe bağlı değişiklikler vardır. Alüminyum Isıtıcı blok boyutları konik bölgenin uzunluğu değiştirmek için değiştirilebilir. Dinamik konik sırasında elyaf ile ilgili olarak ısıtma elemanının hareket oluşur ki, gittikçe incelenna (alev fırçalama) ve / veya farklı hızlarda hareket aşamaları, aynı zamanda in situ izlenmesi ile yapılabilir. Bu Oluşturulacak farklı konik lif profiller için izin verecek. Pompa kaynak yaşadığı toplam dağılım sonra oluşturulan profil bağlı olacaktır. Ayrıca, yüksek sıcaklık ısıtıcı ile ısıtma elemanı yerine daha yüksek erime noktalarına sahip liflerin konik olması izin verebilir.

Henüz kanıtlanmamıştır olmasa da, in-situ elyaf gittikçe incelen tekniği fiber üzerinden üretilen diğer fiber bazlı cihazlara uygulanabilir. Hafif MOFs gittikçe incelir etkin SCG için fiber dispersiyonu ince ayar olabilir. 10 mikroyapıya sahip bir boyuta büyüklüğü ile ölçekleyen bir MOF (belki de bir SCG tabanlı kaynak), geçiş bandı, bir bant geçiş bandı kapsayan bir kaynağı kullanarak, olabilir sivrilen. 11. Ayrıca, bir geniş bant kaynak bize olabilir yerinde fiber kullanarak mavi-kaymıştıred, daha iyi özelliklerini karşılamak üzere üretim sırasında sivrilen fiber üzerinden fabrikasyon fiber bağlantı elemanları 12 ve WDMs, 13 gibi lif bileşenleri, karakterize etmek. sivrilen Yerinde fiber en lif sivrilen deneylerin sonuçları optimize etmek için adapte edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

A Amerika Birleşik Devletleri geçici patent bu makalede açıklanan teknoloji koruyucu açılmıştır.

Acknowledgments

Yazarlar Yüksek Saflık Kimya Enstitüsü SEM görüntüleri, deneysel destek için T. Marvdashti ve MF Churbanov ve GE Snopatin için çok değerli tartışmalar, F. Afshinmanesh için G. Shambat, C. Phillips, K. Aghaei teşekkür etmek istiyorum 2 S 3 lif olarak sağlamak için Rusya Bilimler Akademisi Fiber Optik Araştırma Merkezi'nden maddeler ve VG Plotnichenko ve EM Dianov. Ayrıca Deniz Araştırma, NASA, Bilimsel Araştırma, Agilent, ve Ortak Teknoloji Ofisi Hava Kuvvetleri Ofisi Office destek için müteşekkiriz.

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

Fizik Sayı 75 Mühendislik Fotonik Optik kızılötesi tayf doğrusal olmayan optik fiber optik optik dalga kılavuzları dalga yayılımı (optik) fiber optik kızılötesi optik fiber sivrilen kalkojenit Supercontinuum nesil orta-kızılötesi, Frekans tarak taramalı elektron mikroskobu SEM
<em>In-situ</em> Orta kızılötesi Supercontinuum Üretimi için Chalcogenide Fiber kademeli olarak azaltılması
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