멀티 코어 섬유에 브래그 격자를 작성
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
광섬유 브래그 격자 (FBG를)는 널리 때문에 그들이 응용 한 많은 수의 사용자 정의 할 수 있습니다 사실 협 대역 필터로 사용됩니다. 이들은 단일 파장의 억제에 한정되지 않는다; 복합 전송 스펙트럼은 비주기적인 굴절률의 변화 (2)를 이용하여 생성 될 수있다. 한 가지 제한은 주어진 격자 동안 억제되는 파장이 전파 상수에 의존하기 만 FBG를 단일 모드 광섬유 (SMF에)에 등재 될 수 있다는 것이다. 각 모드는 상이한 전파 상수를 갖는 다중 모드 광섬유 (MMF)에서, 각각의 모드에 대해 억제 파장이 상이하고, 따라서, 회절 격자는 단일 파장에서 강한 억제를 제공하지 않는다.
이 실험에 대한 자극은 천문학에서 온다. 보는 제한 조건 SMF로 직결 어렵고 비효율적이고; 극단적 인 적응 광학은 그래서 3을 수행해야합니다. 이 때문에, MMF의는 일반이다망원경 초점면 4에서 빛을 수집 할 때 ically를 사용합니다. 따라서 만 SMF를 이용할 수있는 기능을 유지하기 위해서는, 각 SMF MMF의 사이의 변환 효율이 필요하다. 이것은 광 랜턴, 테이퍼 전이 5 SMF를 통해 어레이에 연결된 다중 포트로 구성된 장치를 가능하게한다. 광자 롱은 SMF를 근적외선에서 관측 6 (OH 라디칼 및 다른 분자에 의한) 대기 배출 라인을 제거 FBG를 포함하는 그노시스 악기에 사용 하였다. 이 작업을 개별 단일 코어 SMF는 사용의 단점은 하나씩 쓰고 상당한 시간과 노력을 요구하는 수동 광 트레인에 개별적으로 접합해야한다는 것이다. 이 문서에서 설명 된 기술은 단일 – 모드 기능을 제공하는 더 복잡한 섬유 포맷을 사용하여 이러한 단점을 해결하기 위해 시도한다.
차세대 OH의 suppression 악기 PRAXIS 7은 멀티 코어 섬유 (MCFs)의 사용을 만들 것입니다. 이 섬유는 하나의 클래딩에 포함 된 단일 모드로 들어가 본 코어의 수를 포함합니다. 이 방법의 장점은 MCF가 얻어진 광 랜 컴팩트하고 견고한 독립적 인 부와 MMF로 테이퍼 질 수 있다는 것이다. 완성 된 악기에서 망원경에서 빛이 랜턴의 MMF 포트에 연결한다; 테이퍼 천이는 FBG를 통과 할 싱글 모드 코어에이 광을 분리한다. 나머지 광을 필터링 파장 검출기 상에 분산 된 후, 스펙트럼을 수집 하였다.
모든 코어가 단일 패스에서 내접 될 수있는 사용 MCFs 또한 기입 격자의 프로세스 속도. 그러나, 기록 처리는 모든 코어가 동일한 반사 특성을 가질 수 있도록하기 위해 수정되어야한다. 클래드의 곡면이 광섬유 브래그 격자, 입술의 사이드 기입 동안에 렌즈의 역할을하기 때문이다표준 사이드 기록 방법이 사용되는 경우, 각 코어에 전력과 방향으로 변하는 UV 필드 ulting. 따라서, 각 코어는 다른 송신 프로파일을 가질 것이고, 섬유는 단일 파장 8에서 강력한 억제를 제공하지 않을 것이다.
해군 연구소에서 그룹이 변화 (9)의 효과를 취소하기 위해 코어의 분포 감광성 수정 실험. 이러한 접근법을 사용하는 단점은 섬유 클래딩 크기, 코어 크기의 코어 및 화학 성분의 수의 조합마다 재 설계되어야한다는 것이다. 또한, 생성 된 설계에서 축 대칭의 부족은 MCF 효과적으로 원형 코어와 MMF로 테이퍼 질 수 없다는 것을 의미한다. 이 논문은 문제에 대한 다른 접근 방법의 자세한 사항 :이 평평한 표면을 통과 갖는 대신 곡선 클래딩에 직접 입사 됨으로써 섬유 내의 필드를 수정. 이 방법을 사용하는 것은 결과MCF의 디자인과 크기, 우리는 광 등불에 통합 할 특히 축 대칭 섬유의 다양한 양도 기술.
필요한 평면을 만들려면 MCF는 평면 외벽을 제공하기 위해 한쪽면에 접지 및 연마 된 UV-투명 모세관 내부에 배치됩니다. 후자는 직경이 ± 10 μm의 변화를 포함 할 수 있기 때문에 작은 차이는, 섬유 및 모세관 사이에 남아 있어야합니다. 표현 그림 1을 참조하십시오. 이 논문은 이러한 방식으로 광섬유 브래그 격자를 작성 가능한 개선의 예를 제공하기 위하여 실험 과정을 설명한다. 자세한 내용은 이전에 발행 된 시뮬레이션 (10)과 실험 결과 11를 참조하십시오.
연마 모세관 그림 1. 다이어그램 FBG 제품에 사용이온. MCF는 모세관 내부에 배치된다. 둘 사이의 격차가 작은하지만 직경이 작은 변화를 허용해야합니다. 위상 마스크를 통과 한 자외선 후 모세관의 평평한면을 통해 시스템에 들어갑니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Protocol
Representative Results
Discussion
도 2 및도 3을 함께 격자를 작성할 때 연마 모세관 (PCT)을 도입하면 MCFBG 핵심 스펙트럼의 균일 성을 개선하기에 충분한 것으로 나타났다. 각인 프로세스의 나머지는 SMF 격자를 생성하고, 기존의 대부분의 FBG 작성 시스템에 사용할 수 확립 방법에서 크게 변하지 않는다. 따라서 프로토콜의 섹션 2에서 PCTs의 준비에 설명 된 바와 같이 MCFBG 균일 성을 향상시키기위한 가장 중?…
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).
