כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות
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
Gratings בראג הסיבים (FBGs) נמצא בשימוש נרחב כמו מסנני צר בשל העובדה שהם יכולים להיות מותאמים אישית עבור מספר רב של יישומי 1. הם אינם מוגבלים דיכוי אורכי גל יחיד; ספקטרום שידור מורכב ניתן ליצור על ידי שימוש וריאציות קדם שבירת aperiodic 2. מגבלה אחת היא כי FBGs יכול להיכתב רק בסיבים במצב יחיד (SMFs), כמו אורך הגל כי הוא מורחק לתקופה צורמת ניתנת תלוי מתמיד התפשטות. בשנת סיב multimode (MMF), כאשר כל מצב יש קבוע התפשטות שונה, אורך הגל המורחק עבור כל מצב שונה ומכאן הסורג אינו נותן דיכוי חזק בכל אורך גל יחיד.
דחף הניסוי הזה מגיע אסטרונומיה. בתנאי ראייה מוגבלת, צימוד ישיר לתוך SMF קשה ולא יעיל; אופטיקה אדפטיבית קיצונית נדרשת לעשות זאת 3. בגלל זה, MMFs הם typically המשמש בעת איסוף האור מן המוקד טלסקופ המטוס 4. לכן על מנת לשמור על פונקציונליות זמינה רק SMFs, זה הכרחי כדי לקבל המרה יעילה בין SMFs ו MMFs. זה מתאפשר עם פנס פוטוניים, מכשיר אשר מורכב של נמל multimode מחובר מערך של SMFs דרך מעבר להתחדד 5. פנסים פוטוניים שימשו המכשיר גנוסיס, שבו SMFs הכלול FBGs להסיר קווי פליטה אטמוספרי (הנגרם על ידי רדיקלים OH ומולקולות אחרות) מתצפיות האינפרה-אדום הקרוב 6. החסרונות של שימוש יחידה, בעל ליבה האחת SMFs למשימה זו הם כי הם חייבים להיות כתובים בזו אחר זו שחבור בנפרד לתוך הרכבת האופטית, הדורשים זמן משמעותי ומאמץ ידני. הטכניקה המתוארת במאמר זה מנסה להתמודד הליקויים הללו באמצעות פורמט סיבים מורכב יותר כדי לספק את הפונקציונליות במצב היחיד.
הדור הבא suppr OHמכשיר ession פרקסיס 7 יעשה שימוש סיבים מרובי ליבות (MCFs). סיבים אלו מכילים מספר הליבות חד moded מוטבעות חיפוי יחיד. היתרון של גישה זו הוא כי MCF יכול להיות מופחת בהדרגה לתוך MMF עם פנס פוטוניים וכתוצאה מכך להיות יחידה קומפקטית וחזקה עצמאית. בשנת המכשיר הושלם, אור מהטלסקופ יהיה מצמידים ליציאת MMF של הפנס; המעבר להתחדד יפריד האור הזה לתוך ליבותיהם במצב היחיד שבו הוא יעבור דרך FBGs. לאחר הגל לסנן את האור שנותר הוא מפוזר על גלאי, הספקטרום שנאסף.
גם שימוש MCFs מאיץ את התהליך לגדרות כתיבה, כמו כל הליבות יכולות להיות רשומות על אחת לעבור. עם זאת, תהליך הכתיבה חייב להיות שונה על מנת להבטיח כי כל הליבות יש אותם מאפייני ההשתקפות. הסיבה לכך היא כי פני השטח המעוגלים של החיפוי פועל כעדשה במהלך כתיבת צדי FBGs, המילulting בשדה UV אשר משתנה בשלטון וכיוון בכל ליבה אם שיטת הכתיבה בצד הסטנדרטית משמשת. לפיכך כל ליבה תהיה פרופיל שידור שונה, של הסיבים לא יספקו דיכוי חזק באורך גל יחיד 8.
קבוצה במעבדת המחקר של צי ניסויים עם שינוי ההפצה הרגישה של ליבות לבטל את ההשפעות של וריאציה זו 9. החסרון של שימוש בגישה כזאת כי הסיבים חייבים להיות מעוצבים מחדש עבור כל שילוב של גודל החיפוי, גודל ליבה, מספר ליבות ואת ההרכב כימי. בנוסף, חוסר סימטריה צירית את העיצובים וכתוצאה כלומר MCF לא יכול להיות מופחת בהדרגה, ביעילות לתוך MMF עם גרעין עגול. נייר זה מפרט גישה שונה לבעיה: שינוי בתחום בתוך הסיב לפי שיש בו לעבור משטח שטוח במקום להיות אירוע ישירות על החיפוי המעוקל. בגישה זו התוצאה היאהטכניקה שבה הוא ניתן להעברה במגוון עיצובים MCF וגדלים, במיוחד סיבי סימטרי axially שבה נרצה לשלב פנסים פוטוניים.
כדי ליצור את המשטח השטוח הצורך, MCF ממוקם בתוך צינור נימי UV שקוף אשר נטחן ומלוטש מצד אחד לתת קיר חיצוני שטוח. פער קטן יש להשאיר בין הסיב נימי, שכן הלה עשוי להכיל ± 10 מיקרומטר וריאציות קוטר. ראה איור 1 עבור ייצוג. מאמר זה יתאר את הליך הניסוי לכתוב FBGs בצורה זו ולספק דוגמאות של השיפורים האפשריים. לפרטים נוספים, ראה הדמיות שפורסמו בעבר 10 ואת תוצאות ניסוי 11.
תרשים איור 1. של צינור נימי מלוטש כפי שמוצג במוצר FBGהיון. MCF ממוקם בתוך צינור הנימים. הפער בין שתי צריך להיות קטן אבל לאפשר וריאציות קטנות קוטר. אור UV אשר עבר דרך מסכת השלב ואז נכנס למערכת דרך הצד השטוח של צינור הנימים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
איורים 2 ו -3 יחד מראים כי החדרת צינור נימי המלוטשים (PCT) בעת כתיבה לגדר מספיקה כדי לשפר את האחידות של ספקטרה ליבת MCFBG. שאר תהליך הכתובת במידה רבה ללא שינוי משיטות הוקמו ליצירה לגדרות SMF וניתן להשתמש בו עם רוב מערכות כתיבת FBG קיימים. לפיכך הכנת PCTs כפי שמת?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The SAIL labs are funded through JBH’s Australian Laureate Fellowship from the Australian Research Council.
This research was supported by the Australian Research Council Centre of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (project number CE110001018).
Experimental work was performed in part at the OptoFab node of the Australian National Fabrication Facility, utilizing NCRIS and NSW state government funding. Fiber hydrogenation services were provided by TE Connectivity in Redfern. SLS would like to acknowledge the Optics and Electronics Laboratory, Fujikura Ltd, Japan for providing the 7-core fiber used in this experiment.
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 |
References
- Othonos, A. Fiber Bragg gratings. Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4309-4341 (1997).
- Bland-Hawthorn, J., Englund, M., Edvell, G. New approach to atmospheric OH suppression using an aperiodic fiber Bragg grating. Opt. Express. 12 (24), 5902-5909 (2004).
- Jovanovic, N., Guyon, O., Martinache, F., Schwab, C., Cvetojevic, N. How to inject light efficiently into single-mode fibers. Proc. SPIE. 9147, 91477P (2014).
- Bland-Hawthorn, J., et al. A complex multi-notch astronomical filter to suppress the bright infrared sky. Nat. Comm. 2, 581 (2011).
- Leon-Saval, S. G., Argyros, A., Bland-Hawthorn, J. Photonic lanterns. Opt. Express. 18 (8), 8430-8439 (2010).
- Trinh, C. Q., et al. GNOSIS: the first instrument to use fiber Bragg gratings for OH suppression. Astron. J. 145 (2), 51 (2013).
- Content, R., et al. PRAXIS: low thermal emission high efficiency OH suppressed fiber spectrograph. Proc. SPIE. 9151, 91514W (2014).
- Birks, T. A., Mangan, B. J., Dìez, A., Cruz, J. L., Murphy, D. F. Photonic lantern’ spectral filters in multi-core fiber. Opt. Express. 20 (13), 13996-14008 (2012).
- Askins, C., et al. Inscription of fiber Bragg gratings in multicore fiber. BGPP. , JWA39 (2007).
- Lindley, E., et al. Core-to-core uniformity improvement in multicore fiber Bragg gratings. Proc. SPIE. 9151, 91515F (2014).
- Lindley, E., et al. Demonstration of uniform multicore fiber Bragg gratings. Opt. Express. 22 (25), 31575-31581 (2014).
- Tomaru, S., Yasu, M., Kawachi, M., Edahiro, T. V. A. D. VAD single-mode fiber with 0.2 dB/km loss. Elec. Lett. 17 (2), 93-93 (1981).
