In-situ Orta kızılötesi Supercontinuum Üretimi için Chalcogenide Fiber kademeli olarak azaltılması
Summary
Biz bir yöntem tarif<em> In-situ</em> As sivrilen<sub> 2</sub> S<sub> 3</subVerimli orta-kızılötesi Supercontinuum nesil elde etmek için> lifler. Supercontinuum en spektrumu izlerken sivrilen olarak, spektral genişliği bir fiber konik için maksimize edilebilir.<em> Yerinde</emSivrilen> lif diğer fiber tabanlı cihazların performansını optimize etmek için uygulanabilir.
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.
Protocol
Representative Results
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 hesap…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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 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. |
References
- 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).
