Schreiben-Bragg-Gitter in Multicore- Fibers

Summary

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

Abstract

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

Introduction

Faser – Bragg – Gitter (FBGs) als schmalbandige Filter aufgrund der Tatsache , weithin verwendet wird, kann sie für eine große Anzahl von Anwendungen ¹ angepasst werden. Sie sind nicht auf Unterdrückung von einzelnen Wellenlängen beschränkt; komplexe Transmissionsspektren können ² durch die Verwendung von aperiodischen Brechungsindexvariationen erzeugt werden. Eine Einschränkung ist, dass FBGs kann nur in Einmodenfasern (SMF) eingeschrieben werden, da die Wellenlänge, die für eine gegebene Gitterperiode hängt von der Ausbreitungskonstante unterdrückt wird. In einer Multimode-Faser (MMF), wobei jeder Modus eine unterschiedliche Ausbreitungskonstante aufweist, ist die unterdrückt Wellenlänge für jeden Modus unterschiedlich und daher nicht das Gitter nicht starke Unterdrückung zu jeder einzelnen Wellenlänge geben.

Der Anstoß für das Experiment stammt aus der Astronomie. Unter seeing-limitierten Bedingungen, ist eine direkte Kopplung in eine SMF schwierig und ineffizient; extreme adaptive Optik sind erforderlich , damit ³ zu tun. Wegen dieses MMFs sind typmatisch verwendet , wenn von dem Teleskop Brennebene ⁴ Sammeln von Licht. Deshalb zur Verfügung, um die Funktionalität zu halten nur zu SMFs, ist es notwendig, eine effiziente Umwandlung zwischen SMFs und MMFs zu haben. Dies ist möglich mit der photonischen Laterne, eine Vorrichtung , die auf ein Array von SMFs über einen Verjüngungs Übergang ⁵ angeschlossen eines Multimode – Port besteht. Photonic Laternen wurden in GNOSIS Instrument verwendet wird , in dem die SMFs FBGs enthaltenen atmosphärischen Emissionslinien zu entfernen (durch OH – Radikale und andere Moleküle) von Nahinfrarot-Beobachtungen ^6. Die Nachteile der Verwendung von einzelnen, Single-Core-SMFs für diese Aufgabe sind, dass sie eins nach dem anderen und gespleißt einzeln in den optischen Zug geschrieben werden müssen, erfordert viel Zeit und manuellen Aufwand. Die Technik, die in diesem Artikel beschrieben wird versucht, diese Mängel unter Verwendung eines komplexeren Faser Format zu adressieren, die Single-Mode-Funktionalität bereitzustellen.

Die nächste Generation OH supprITZUNG Instrument PRAXIS ⁷ wird die Verwendung von Multi-Core – Fasern (MCFs) machen. Diese Fasern enthalten eine beliebige Anzahl von Single-moded Kerne in einem einzigen Mantel eingebettet. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die MCF kann die resultierende photonischer Laterne ist ein kompaktes und robustes in sich geschlossene Einheit in einem MMF verjüngt werden. Im fertigen Instrument, das Licht von dem Teleskop in die MMF-Port der Laterne angekoppelt werden; die Verjüngung Übergang wird dieses Licht in den Single-Mode-Kerne trennen, wo es durch die FBGs passieren. Nachdem die Wellenlänge des verbleibenden Lichtfilterung auf einen Detektor verteilt wird, gesammelt die Spektren.

Mit MCFs beschleunigt auch den Prozess des Schreibens Gitter nach oben, da alle Kerne in einem einzigen Durchgang eingeschrieben werden. Jedoch muß der Schreibprozess modifiziert werden, um zu gewährleisten, dass alle Kerne die gleichen Reflexionseigenschaften aufweisen. Dies ist, weil die gekrümmte Fläche der Verkleidung wirkt als Linse während Neben Schreiben der FBGs, resulting in einem UV-Feld, das verwendet wird, wenn die Standard-Seitenschreibverfahren an jedem Kern in Kraft und Richtung variiert. Daher wird jeder Kern eine unterschiedliche Übertragungsprofil aufweisen, und die Faser wird nicht starke Unterdrückung bei einer einzigen Wellenlänge ⁸ bereitzustellen.

Eine Gruppe an der Naval Research Laboratory experimentierten die Verteilung und die Lichtempfindlichkeit von Kernen mit Modifizierung der Effekte dieser Variation ⁹ aufzuheben. Der Nachteil der Verwendung eines solchen Ansatzes ist, dass die Faser für jede Kombination von Mantel Größe neu gestaltet werden müssen, Kerngröße, Anzahl der Kerne und der chemischen Zusammensetzung. Außerdem bedeutet das Fehlen axialer Symmetrie in den resultierenden Designs, die die MCF nicht effektiv in eine MMF mit einem kreisförmigen Kern verjüngt sein. Dieses Papier nennt eine andere Herangehensweise an das Problem: das Feld innerhalb der Faser zu modifizieren, indem es durch eine flache Oberfläche passieren zu müssen, anstatt auf der gekrümmten Verkleidung direkt Vorfall zu sein. Mit diesem Ansatz ergibt sich einTechnik, die auf eine Vielzahl von MCF-Designs und Größen, insbesondere die achsensymmetrische Fasern, die wir in photonischer Laternen aufnehmen wollen übertragbar ist.

Um die notwendige ebene Oberfläche zu erzeugen, wird das MCF in einer UV-transparenten Kapillarrohr angeordnet, die auf einer Seite geschliffen und poliert wurde, eine flache Außenwand zu geben. Ein kleiner Spalt ist zwischen der Faser und Kapillare gelassen werden, da letztere ± 10 um Variationen im Durchmesser enthalten. Siehe Abbildung 1 für eine Darstellung. Dieses Papier wird das experimentelle Verfahren beschreiben FBGs auf diese Weise zu schreiben, und Beispiele für die mögliche Verbesserungen liefern. Weitere Informationen finden Sie bisher veröffentlichten Simulationen ¹⁰ und experimentelle Ergebnisse ^11.

Abbildung 1. Schematische Darstellung der polierten Kapillare wie in FBG Produkt verwendetion. Die MCF ist im Inneren des Kapillarröhrchens angeordnet. Der Spalt zwischen beiden sollte klein sein, aber für kleine Variationen im Durchmesser ermöglichen. Das UV – Licht , das durch die Phasenmaske passiert hat , tritt dann in das System durch die flache Seite des Kapillarrohrs. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Protocol

1. Herstellung von Poliert Kapillarröhrchen (ANFF OptoFab) Erhalten Glaskapillarröhren mit Innendurchmesser eng abgestimmt auf Faserdurchmesser. Je näher sich in Größe, desto besser ist die Leistung, aber sicherzustellen, dass eine ± 10 & mgr; m Variation in Kapillargröße für zulässig. Entfernen Sie alle Schutzschichten aus den Kapillaren. Abrasieren Beschichtungen mit einer Rasierklinge, sie zu entfernen, ohne die Rohre zu beschädigen. Verjüngen sich die Kapillarröhrchen auf einen …

Representative Results

Die Wirksamkeit dieser Technik ist am besten gezeigt , indem man die mehradrige Faser – Bragg – Gitter Vergleichen (MCFBGs) , die von der Exposition führen mit und ohne die Kapillare. 2 zeigt die Transmissionseigenschaften eines 7adrig MCF mit dem Standardverfahren für SMFs ausgesetzt, mit individuellen Kernspektren, die durch unterschiedliche Farben dargestellt. Es gibt eine minimale Überlappung zwischen den unterdrückt Wellenlängen und Kern # 5 hat schwächere Bel…

Discussion

Figuren 2 und 3 zusammen zeigen , dass die polierte Kapillarrohr einzuführen (PCT) , wenn das Schreiben Gitter ausreicht, um die Einheitlichkeit der Kernspektren im MCFBG zu verbessern. Der Rest der Inschrift Prozess ist weitgehend unverändert gegenüber etablierten Methoden für die Erstellung von SMF-Gittern und kann mit den meisten bestehenden FBG Schriftsysteme verwendet werden. Daher ist die Herstellung von PCTs, wie in Abschnitt 2 des Protokolls skizzierte am kritischsten für M…

Materials

Multicore fiber	Fujikura Ltd.		7 cores with diameter 5.5 µm, core separation 35 µm, hexagonally arranged within 125 µm cladding, NA = 0.177
Glass tapering machine	Vytran	GPX-3000
UV laser	Coherent	300 FreD Innova	Frequency doubled 244 nm, at least 150 mW output. CAUTION: eye damage; wear appropriate goggles
Phase mask	Lasiris	PM-244-1069.50-50.8	Custom component, 1069.50 nm grating period, 5.08 mm thickness
Capillary tubes	Polymicro	TSP200794	Inner diameter 200 µm, outer diameter 794 µm
Lapping machine	Logitech	PM5	Combination grinder/polisher
UV-curable glue	Norland	NOA-61	Cures rapidly, removable with acetone
Microgrit	Eminess		Al2O3: 25 µm and 5 µm particle size
Polishing fluid	Eminess	ULTRA-SOL 500S	SF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 GAL
Sodium hydroxide			0.004M
Fiber cleaver	Vytran	LDC-400
Tunable laser	JDS Uniphase	SWS15101
IR Camera	Xenics	XEVA-1429	320×256 pixel, 16 bit resolution
Oven	Thermoline Scientific	LDO-030N	For annealing at T=110°C
Hydrogen gas	BOC		For hydrogenating fiber. CAUTION: flammable, pressurised gas
Nitrogen gas	BOC		Booster for hydrogenation. CAUTION: pressurised gas
Acetone
Razor blades