La escritura de Bragg en fibras Multicore
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
Rejillas de Bragg de fibra (FBG) son ampliamente utilizados como filtros de banda estrecha debido al hecho de que pueden ser personalizadas para un gran número de aplicaciones 1. No se limitan a la supresión de las longitudes de onda individuales; espectros de transmisión compleja puede ser creado por el uso de aperiódicas variaciones del índice de refracción 2. Una limitación es que FBGs sólo pueden ser inscritos en fibras monomodo (SMF), ya que la longitud de onda que se suprime por un período de rejilla dada depende de la constante de propagación. En una fibra multimodo (MMF), donde cada modo tiene una constante de propagación diferente, la longitud de onda suprimido para cada modo es diferente y por lo tanto, la rejilla no da supresión fuerte en cualquier longitud de onda única.
El impulso para este experimento viene de la astronomía. Bajo condiciones de visibilidad limitada, el acoplamiento directo en un SMF es difícil e ineficiente; Se requiere la óptica adaptativa extrema de hacerlo 3. Debido a esto, los FMM son típcamente utilizado en la recogida de la luz desde el plano focal del telescopio 4. Por lo tanto, con el fin de mantener la funcionalidad disponible sólo para SMF, es necesario tener una conversión eficiente entre los SMF y los FMM. Esto es posible con el farol fotónico, un dispositivo que consiste en un puerto multimodo conectado a una serie de SMF a través de una transición cónica 5. Linternas fotónicos se utilizaron en el instrumento GNOSIS, en el que el SMF contenía FBGs para eliminar las líneas de emisión a la atmósfera (causado por los radicales OH y otras moléculas) a partir de observaciones en el infrarrojo cercano 6. Los inconvenientes de la utilización, SMF un solo núcleo individuales para esta tarea son que deben ser escritos uno por uno y se unen individualmente en el tren óptico, lo que requiere mucho tiempo y esfuerzo manual. La técnica descrita en este artículo se propone abordar estas deficiencias utilizando un formato más complejo de fibra para proporcionar la funcionalidad de modo único.
El Suppr OH próxima generaciónesión instrumento PRAXIS 7 hará uso de fibras de múltiples núcleos (FMC). Estas fibras contienen cualquier número de núcleos monomodo incrustados en un solo revestimiento. La ventaja de este enfoque es que la FMC puede ser disminuido en un MMF con el farol fotónico que resulta ser una unidad compacta y robusta autónomo. En el instrumento terminado, la luz del telescopio se acopla en el puerto MMF de la linterna; la transición cónica separará esta luz en los núcleos monomodo donde va a pasar a través de los FBG. Después de que la longitud de onda de la filtración de la luz restante se dispersa sobre un detector, los espectros recogidos.
El uso de los FMC también acelera el proceso de rejillas de escritura, ya que todos los núcleos se pueden inscribir en una sola pasada. Sin embargo, el proceso de escritura debe ser modificado con el fin de asegurar que todos los núcleos tienen las mismas características de reflexión. Esto es porque la superficie curvada del revestimiento actúa como una lente durante side-escritura de las FBGs, resulting en un campo UV que varía en potencia y la dirección en cada núcleo si se utiliza el método de lado de escritura estándar. Por lo tanto cada núcleo tendrá un perfil de transmisión diferente, y la fibra no proporcionará supresión fuerte a una sola longitud de onda 8.
Un grupo en el Laboratorio de Investigación Naval experimentó con la modificación de la distribución y la fotosensibilidad de núcleos para cancelar los efectos de esta variación 9. La desventaja de usar este enfoque es que la fibra debe ser rediseñado para cada combinación de tamaño de revestimiento, el tamaño del núcleo, el número de núcleos y composición química. Además, la falta de simetría axial en los diseños resultantes significa que el MCF no puede ser cónico con eficacia en un MMF con un núcleo circular. Este documento detalla un enfoque diferente al problema: la modificación del campo dentro de la fibra por tener que pasar a través de una superficie plana en lugar de ser directamente incidente sobre el revestimiento curvo. Usando este enfoque se traduce en unatécnica que se puede transferir a una variedad de diseños y tamaños MCF, en particular las fibras axialmente simétricas que deseamos incorporar en linternas fotónicos.
Para crear la superficie plana es necesario, el MCF se coloca dentro de un tubo capilar transparente a UV que se ha molido y pulido en un lado para dar una pared exterior plana. Un pequeño espacio debe dejarse entre la fibra y capilar, ya que este último puede contener ± 10 micras variaciones en el diámetro. Véase la Figura 1 para una representación. Este documento describe el procedimiento experimental para escribir FBG de esta manera y dar ejemplos de las posibles mejoras. Para obtener más información, ver simulaciones previamente publicados 10 y 11 resultados experimentales.
Figura 1. Diagrama de tubo capilar pulido tal como se utiliza en el producto FBGde iones. El MCF se coloca dentro del tubo capilar. La brecha entre los dos debe ser pequeña, pero permitir pequeñas variaciones en el diámetro. La luz UV que ha pasado a través de la máscara de fase y luego entra en el sistema a través de la parte plana del tubo capilar. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las figuras 2 y 3 juntos muestran que la introducción del tubo capilar pulido (PCT) al escribir rejillas es suficiente para mejorar la uniformidad de los espectros de núcleo en la MCFBG. El resto del proceso de inscripción es prácticamente igual al de los métodos establecidos para la creación de rejillas SMF y se puede utilizar con la mayoría de los sistemas de escritura de FBG existentes. Por lo tanto la preparación de los PCT como se indica en el apartado 2 del protocolo es m?…
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
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