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우리가하는 방법을 설명의 현장으로의 테이퍼 2 S 3 섬유. 초 연속의 스펙트럼을 모니터링하면서 가늘게하여, 스펙트럼 폭은 광섬유 테이퍼를 위해 극대화 할 수 있습니다.에서 현장 섬유는 다른 섬유 기반 장치의 성능을 최적화하기 위해 적용 할 수 있습니다.
테이퍼 칼 코게 나이드 섬유 초 연속 생성 (SCG)은 같은 분자 지문, 3 추적 가스 감지, 4와 같은 응용 프로그램에 대한 중간 적외선 (또는 대략 2-20 μm의 파장 범위, 중반 IR) 주파수 빗 1, 2,을 확대하는 것이 바람직하다 고조파 발생을 통해 레이저 기반의 입자 가속, 5, X-선 생산. 6 테이퍼 광섬유의 효율적인 SCG를 달성의 시작 부분에 군속도 분산 (GVD) 및 광 펄스의 시간적 특성의 정밀한 제어를 필요로 섬유, 테이퍼 형상에 크게 의존한다 7. 실험 - 같은 섬유 길이, 환경 온도 테이퍼, 또는 섬유에 결합 된 전원으로 연속 SCG의 끝이 가늘어 설정 및 절차의 차이로 인해 8의에서 현장 스펙트럼 모니터링 SCG는 단일 실험의 출력 스펙트럼을 최적화 할 필요가있다.
SCG에 대한 테이퍼의 현장 섬유 스펙트럼 측정 장치 테이퍼 될 수있는 광섬유를 통해 펌프 소스를 커플 링으로 구성되어 있습니다. 스펙트럼 측정 신호를 실시간으로 관찰하는 동안 섬유는 가늘게이다. 신호가 그것의 첨단을 도달 할 때, 테이퍼가 중지됩니다. 의 현장 가늘게 절차는 시중에서 가까운 IR 주파수 빗의 서브 하모닉의 안정, 옥타브에 걸친 중반 IR 주파수 빗의 생성을 허용합니다. 9이 방법으로 인해 시간과 필요한 재료의 감소로 비용을 절감 단지 2 mm의 허리 길이와 최적의 테이퍼를 제조한다.
의 현장 가늘게 기술이 융합 된 섬유 커플러 (12) 및 파장 분할 멀티플렉서 (WDMs), 13 MOFs를, 11 최적화 테이퍼 광섬유 쌍의 통과 대역의 10 튜닝 SCG위한 마이크로 구조 광섬유 (MOF)을 최적화 확장 할 수 있습니다또는 압축 분산 보상을 수정 또는 광 펄스 스트레칭. 14-16
먼저 가시 파장 범위에서 생산 된 후 1.7 SCG 소스가 크게 분광학의 응용 프로그램에 의해 구동 중반 IR, 3., 황화물, 셀렌 및 tellurides 등 4 칼 코게 나이드 섬유 향해 이동했다에 대한 인기가 소재하고있다 그들의 낮은 전파 손실 및 100 이상 18 이하 높은 비선형에 중반 IR 인해 dB / km 19과 2로 용 ~ 200 배 실리카의 S 3, 20 각각. 그러나, 대부분의 chalcogenides의 제로 GVD 파장 대량 재료 또는 표준 단일 모드 칼 코게 나이드 섬유 도전 SCG을 만들기 가능한 초고속 펌프 소스의 대부분의 중심 파장을 넘어 중반 IR에 위치하고 있습니다. 도파관 분산은 SCG의 제로 GVD 점을 수정하는 데 사용할 수 있습니다. 강력한 도파로 분산을 도입 7 방법은 섬유 마이크로 구조 섬유, 22-24를 사용하여 21, 8, 테이퍼 또는 포함펌프 파장 아래의 제로 GVD 파장을 이동하여 두. 10도 조합 펌프는 섬유 변칙 분산을 경험하게 될 것입니다. 변칙 분산 체제에서 솔리톤 형성은 자기 위상 변조와 GVD에 의한 선형 처프에 의한 비선형 짹짹의 균형을 통해 발생합니다. 펨토초 펌프 소스, 확대 스펙트럼은 일반적으로 펄스가 광섬유를 따라 전파로 초기 시간 압축 한 후 발생 솔리톤 분열 또는 펄스의 파괴에 의해 지배된다. 섬유의 경우 7, 가늘게 전체 자료 모두 GVD-등을 계산하고 도파관 분산 - 수 크게 확대 스펙트럼을 생산하는 데 필요한 최종 테이퍼 직경의 근사치를 제공합니다. 때문에 GVD와 섬유 펌프의 테이퍼 영역과 결합하기 전에 섬유 길이의 변경 등의 실험 실험 사이의 변동에 SCG의 강력한 의존도, 계산 된 대략이 충분 F하지 않습니다또는 단일 재판에 최적화 된 테이퍼를 달성. 스펙트럼 모니터링의 현장 가늘어에 대해 관찰하고 설명 할 수있는 실험 장치에서 이러한 변화를 할 수 있습니다.
또한, 짧은 테이퍼 광섬유의 효율적인 초 연속 (SC)를 생성하는 SCG의 일관성과 펌프 소스의 주파수 빗 특성을 보존 비선형 잡음 증폭의 양을 줄일 수 있습니다. 25-27 적절한 분산 관리, 그러므로에서의 필요성 가늘게 현장, 길이 SCG 허용 비늘, 섬유 길이가 짧은 경우 더욱 중요해집니다.
의 현장 가늘게 설정 테이퍼 될 것으로 2 S 3 광섬유의 코어에 결합 모드 잠금 어븀 첨가 광섬유 레이저, 9 저조하다 펌프 소스로 시작합니다. 섬유의 출력은 스펙트럼 프로파일의 특성을 장치에 연결된다. experim에서펌프 소스 (~ 3.9 μm의에서)에서 매우 낮은 신호가 처음으로이 곳 ENT, 해상도 ~ 20 m로 단색 이후의 InSb 검출기 섬유를 모니터링 할 수 있도록 출력 스펙트럼의 일부를 모니터링하는 데 사용됩니다 동안 테이퍼. 섬유 테이퍼과 스펙트럼이 넓어 때, 분산 등의 스펙트럼 측정 신호의 증가는 개별 실험에 최적화되어 있습니다. 가늘게 절차를 수행하는 동안 스펙트럼을 모니터링하여, 테이퍼가 확대 스펙트럼이 극대화 된 시점에서 중지 할 수 있습니다.에서 현장 가늘게은 단일 광섬유 테이퍼의 효율적인 SCG에 최적화 된 분산 관리 할 수 있습니다. 정적, 좁은 열 영역에 가늘게하는 저잡음 SCG를 허용하는 짧은 섬유 테이퍼 허리, 28를 생성합니다. 함께, 테이퍼의 현장 정적 중반 IR의 일관성, 낮은 소음, 옥타브에 걸친 SCG를 활성화 할 수 있습니다.
1. 테이퍼 설치 제작 (그림 1의 조립 설치를 참조하십시오)
2. 칼 코게 나이드 섬유 제조
3.에 현장 섬유 꼭지절차를 슬림화
의 현장 가늘게 절차를 성공적으로 완료 한 후, 펌프 스펙트럼은 그림 3에서 볼 2.2-5 μm의 (피크 아래 ~ 40dB시)에서 충당하기 위해 확대. 으로 2 S 3 섬유 펌프 펄스 에너지 100 FSEC에 따라 초기 펄스 길이 ~ 250 PJ했다. 테이퍼 허리의 짧은 길이 ~ 2.1 mm는, 광대역, 일관된 SC의 생성을 허용합니다. 이 펌프 소스의 주파수 빗 속성을 유지합니다. 주파수 빗 SCG의 다른 속성에 대한 자세한 정보는 60에서 찾을 수 있습니다.
2 S 3 섬유 (원래 7 μm의 코어 직경 160 μm의 클래딩 직경 0.2 NA)으로 단일 모드에서 결과 테이퍼 섬유 허리는 그림 4의 SEM 이미지에 표시됩니다. ~ 2.3 ㎛의 직경에, 테이퍼 허리 때 설정에서 눈으로 관찰하기에는 너무 작지만, 그것은 회절 O를 통해 관찰 할 수있다 FA 광원. 테이퍼 허리 히터 블록의 효과적인 열 영역과 거의 같은 길이 될 것입니다. 정적 테이퍼는 나머지를 차지 테이퍼 섬유 허리 ~ 당겨 길이 16 mm까지 untapered 섬유 길이, 지수 전이 영역을 생성합니다.
섬유가 가늘게되고으로 감지 된 스펙트럼 측정 신호는 그림 5와 비슷합니다. 섬유 스펙트럼 확대 될 때까지이 신호가 거의 일정하게 유지해야한다 GVD 최적에 가까운 될 때 발생하기 시작합니다. 신호는 ~ 18mm의 당기 길이 최대로 증가하고 신속하게 GVD가 최적의 지점을 통과 떨어지기 시작합니다. 스펙트럼 측정 신호의 피크의 3-dB의 폭은 252 nm의이며 10 dB의 폭은 572 nm의 테이퍼 섬유 직경에 대한 민감도를 보여주고있는 현장 가늘게의 필요성을 강조하고있다.
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그림 1. 현장에서 섬유가 설정 테이퍼. FS 펌프 공급하는 것은에 결합되어 최적화 L 1의 선형 단계의 위치 (밝은 회색으로 표시)와 렌즈 마운트의 XY 위치하여 렌즈 L 1 2 S 3 섬유로 (그림에는 표시되지 않음). 섬유의 출력은 선형 단계로 최적화 된 L 2 스펙트럼 측정 디바이스에 연결된다. 자동화 단계 (진한 회색으로 표시) 거리 중앙 난방에서 섬유를 뽑아 스펙트럼 측정 값이 최대화 될 때 중지합니다.
그림 2. 알루미늄 히터 블록. 히터 블록K는 두 개의 4 mm 구멍 (섬유와 섬유의 대략적인 온도를 모니터링 할 다른 하나)의 두께 ~ 6mm이다. 작은 슬릿 삽입 및 섬유의 제거를 허용하는 블록으로 잘라입니다. 블록은 충분히 카트리지 히터의 전체 발열체에 맞게되는 2.54 cm 길이입니다. 세라믹 포스트 (32분의 8 고정 나사 부착) 열 절연을 제공합니다. RTD 센서는 가능한 빠른 피드백 루프를 제공하는 카트리지 히터 히터 블록 레벨과 접촉에 배치됩니다. 의 높이만큼 ~ 1.75 cm 블록이며, 히터를 탑재 카트리지 히터, 섬유 4-mm 구멍, 및 도청위한 공간이 있으므로 블록이 아닌 중요한 차원.
그림 3. 스펙트럼 SCG. t의 정규화 된 스펙트럼그는 입력 (펌프) 및 출력 (SCG) 표시됩니다. 출력의 생성 대역폭은 최대 아래 40dB의 주파수 단위의 입력보다 2 ~ 3 배 더 넓다. 4.2 μm의 주위의 출력 스펙트럼 딥 분위기에서 2 흡수 콜로라도에 해당합니다.
그림 4. 2 S 3 섬유로 가늘게 2 S 3 섬유로 가늘게. 예제의 SEM 이미지는 2 S로의 (a)와 (b) (의도적으로 SEM 이미징 테이퍼 후 고장). (a) SEM 이미지에 표시됩니다 최적의 SCG 약 직경 테이퍼 3 섬유 ~ 2.3 μm의. (b) 테이퍼 2와 S 3 섬유의 SEM 이미지는 세트로 만든 작은 테이퍼 직경을 보여줍니다최대, ~ 760 nm의.
그림 5. 길이를 당기는 대 스펙트럼 측정 신호. 단색 후 표준화 된 출력 전력 3.9 μm의에서 고정 설정은 하나의 광섬유 테이퍼 실험에 표시됩니다. 출력 전력은 크게 길이를 당기는 ~ 17mm 이후 증가하기 시작합니다. 최대 신호 ~ 2.3 ㎛의 섬유 직경에 해당하는 길이를 당기는 가까운 18mm 발생합니다. 이 피크에 도달 한 후 자동화 된 단계가 곧 중단되었다.
우리는 새로운 섬유를 가늘게하는 절차를 설명하고 중반 IR에서 SCG를 수행하여 그 유효성을 확인했습니다. 우리가 아는 한,이 응용 프로그램의 다른 방법은 계산을 통해 광섬유 테이퍼에 SCG을 최적화하기 위해 충분한 도파로 분산을 추가 테이퍼 섬유 직경을 만드는 데 필요한 섬유 당겨 길이를 결정하는 기반으로하지만, 당기는 길이는 필요 때문에 섬유의 특정 길이 확대 스펙트럼을 극대화하려면 각 실험이 계산 된 값은 근사값입니다 다릅니다. 다른 방법은 다음 원하는 테이퍼를 찾을 때까지 광섬유 테이퍼가 생성되고 다른 후 하나를 테스트해야합니다. SCG의 스펙트럼 프로파일을 모니터링하고 가늘게 프로세스를 중지하는 기준으로 사용할 수있게 됨으로써, 우리는 짧은 테이퍼에 확대 상당한 달성하기 위해 하나의 광섬유 테이퍼의 출력을 최적화했다. 이것은 크게 장군에 필요한 비용과 시간을 줄일 수테 유용한 광섬유 테이퍼.
가장 일반적인 실패는 끝이 가늘어 과정 중에 섬유의 파손이다. 휴식은 일반적으로 잘못 히터 블록의 온도를 설정하여 발생합니다. 온도가 너무 낮 으면, 섬유는 높은 장력으로 인해 중단됩니다. 온도가 너무 높은 경우, 쉽게 긴장에서 전파 섬유의 표면에 균열을 생성하는 표면 결정, 29 섬유에서 휴식을 생성 할 수 있습니다. 두 가지의 실패의 더 빈번한 모드는 일반적으로 적절한 위치에 RTD 센서를 설치하지 않을에서 섬유를 과열되었다. 섬유 휴식 쉽게 스펙트럼 측정 신호로 감지 할 것은 갑자기 노이즈 플로어를 삭제합니다.
설정에 대한 추가 개선이 가능합니다. 예를 들어, 영구적 히터 블록에 RTD 센서를 부착하는 것은 실패의 가장 일반적인 모드를 제거, 더 반복 가늘게 온도 허용합니다. 또한, REM건조 N 2로 설정을 제거하여 가늘게 설정에서 수분을 oving하는 테이퍼 중에 파손을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 성공적인 섬유 테이퍼 제거가 수행 되었으나, 재생 과정은 아직 개발되지 않았습니다. 코팅 두께, 보호, 낮은 지수, 낮은 손실 2 S 3 섬유로, 재료를 피복하는 섬유의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 테이퍼 섬유 쉽게 취급 할 수 있습니다. 이러한 펌프 소스의 장파장 측에 탐지 체계를 단순화 할 수 전송 장파장 통과 필터를 사용하여 같은 스펙트럼을 모니터링하기 위해 다른 방법을 사용하여. 현재의 현장 가늘게 설치의 유용성을 확장 할 수 있습니다 몇 가지 옵션 수정이 있습니다. 알루미늄 히터 블록의 크기는 테이퍼 영역의 길이를 변경하려면 변경할 수 있습니다. 동적으로가는 동안 섬유 관련하여 가열 요소를 이동으로 구성되어, 테이퍼ING (불꽃 브러싱) 및 / 또는 다른 속도로 단계 이동은 또한에 현장 모니터링 할 수 있습니다. 이 생성 될 다른 테이퍼 섬유 프로필에 대해 허용합니다. 펌프 소스에 의해 발생 된 총 분산은 다음 생성 된 프로파일에 따라 달라집니다. 또한, 고온 히터 발열체를 대체하는 높은 융점 섬유를 가늘게 할 수 있도록 허용합니다.
아직 증명되지는 않았지만,있는 현장 섬유를 가늘게하는 기술은 가늘게 섬유를 생산하는 다른 광섬유 기반 장치에 적용 할 수 있습니다. 약간의 MOFs를에 가늘게 효율적인 SCG 용 광섬유의 분산을 미세 조정할 수 있습니다. 10 microstructuring의 차원 크기가 어느 규모 MOF (아마도 SCG 기반 소스), 통과 대역의 대역을 커버하는 광대역 소스를 사용하여, 할 수 가늘어. 11 또한, 광대역 소스가 우리가 될 수있는 현장 섬유를 사용하여 블루 이동ED은 더 나은 사양을 충족하기 위해 생산 도중 가늘게 섬유를 제조 섬유 커플러 12 WDMs, 13 등의 섬유 구성 요소를 특성화한다. 테이퍼에 현장 섬유는 대부분의 섬유 가늘게 실험의 결과를 최적화하기 위해 적용 할 수 있습니다.
미국 임시 특허는이 문서에 기재된 기술을 보호 제기하고있다.
저자는 고순도의 화학 연구소에서 SEM 이미지, 실험 지원을위한 T. Marvdashti, 및 MF Churbanov와 GE Snopatin을위한 귀중한 토론, F. Afshinmanesh에 대한 G. Shambat, C. 필립스, K. Aghaei 감사드립니다 2 S 3 섬유로를 제공하기위한 러시아 과학 아카데미의 섬유 광학 연구 센터에서 물질 VG Plotnichenko 및 EM Dianov. 우리는 또한 해군 연구소, NASA, 과학 연구, 애질런트와 공동 기술 사무소의 공군 사무실의 사무실에서 지원을 감사하고 있습니다.
Name | 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. |
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