Коническое волокно с двойной оболочкой - Tapered double-clad fiber

Коническое волокно с двойной оболочкой

А коническое волокно с двойной оболочкой (T-DCF) это оптическое волокно с двойной оболочкой который формируется с использованием специального процесса вытягивания волокна, в котором температура и тянущие силы контролируются для формирования конуса по длине волокна. При использовании предварительно плакированных заготовок волокна сердцевина волокна, а также внутренний и внешний слои оболочки различаются по диаметру и толщине по всей длине волокна. Такое сужение волокна позволяет сочетать характеристики обычного волокна с двойной оболочкой диаметром 8–10 мкм. одномодовые волокна для распространения света в основной моде с моделями большего диаметра (50–100 мкм) с двойной оболочкой многомодовые волокна используется для оптического усиления и генерации. Результат - улучшенная точность воспроизведения импульса по сравнению с обычным постоянным диаметром. волоконно-оптические усилители. Благодаря большому диаметру оболочки T-DCF может накачиваться оптическими источниками с очень низким коэффициентом яркости, такими как линейки лазерных диодов или даже матрицы VECSEL, что значительно снижает стоимость волоконных лазеров / усилителей.

История

Усилитель T-DCF был впервые разработан и продемонстрирован на Тампере университет в исследовательской группе профессора Олега Охотникова в 2008 году. В 2013 году технология получила патент как средство преодоления нелинейно-оптический эффекты, которые ранее ограничивали масштабирование мощности волоконные лазеры и волоконно-оптические усилители.[1]

Технические характеристики и применение

Уменьшение нелинейных эффектов искажения при волоконном усилении

Увеличение диаметра цилиндрических волоконно-оптических усилителей обычно увеличивает уровень нелинейных эффектов, таких как вынужденное рассеяние Бриллюэна.[2] Результатом формирования волокна с двойной оболочкой с конической геометрией является то, что свет, вводимый в тонкий конец, распространяется по широкой сердцевине без изменения содержания моды.[3] Следовательно, использование T-DCF для оптического усиления в многомодовом волокне поддерживает хорошее качество луча за счет повышения пороговых значений стимуляции нелинейных эффектов, включая Бриллюэн и Рамановское рассеяние и спонтанное излучение. Использование конического волокна с толстым концом диаметром сердцевины до 200 мкм с 0,11 числовая апертура и рекордные уровни пиковой мощности и усиления энергии. Сообщалось об импульсах 60 пс с энергией 300 мкДж без нелинейных искажений.[4]

Высокое поглощение света насоса

Структура волокна с двойной оболочкой означает, что сердцевина может накачиваться с более высокой мощностью, чем может распространяться в волокне. Поглощение и преобразование света накачки на единицу длины в сужающемся волокне увеличено по сравнению с цилиндрическими волокнами с аналогичными уровнями активного ионного легирования. Это связано с улучшенным смешиванием мод оболочки и более высоким поглощением на более толстом конце конуса из-за гораздо более толстой оболочки, что также означает, что легирующие примеси ионы редкоземельных элементов выгодно концентрируются на широком конце T-DCF, поскольку геометрия определяет их присутствие как прямо пропорциональное квадрату диаметра.[5] Это более высокое поглощение позволяет усиливать сверхбыстрые лазеры очень короткими усилителями длиной всего в десятки сантиметров, обеспечивая усиление ультракоротких импульсов с высокой точностью воспроизведения.

Простота изготовления

Одно из существенных преимуществ T-DCF - простота изготовления. Производство преформ для специальных высокомощных волокон (микроструктурированные волокна стержневого типа, волокна 3C или LCF) требует сложной технологии и строгих требований к конструкции. И наоборот, T-DCF изготавливается с использованием стандартных волоконных преформ. Простая производственная технология изменения скорости вытягивания в процессе вытягивания приводит к изменению диаметра волокна по его длине. Производство T-DCF лишь незначительно сложнее, чем производство обычного активного волокна.

Рекомендации

  1. ^ В. Филиппов, Ю. Чаморовский, О. Г. Охотников и М. Песса, патент США № 8,433,168 B2 «Активное оптическое волокно и способ изготовления активного оптического волокна».
  2. ^ Лю, Аньпин (05.02.2007). «Подавление вынужденного рассеяния Бриллюэна в волоконных усилителях с использованием неоднородного волокна и температурного градиента». Оптика Экспресс. 15 (3): 977–984. Дои:10.1364 / OE.15.000977. ISSN  1094-4087.
  3. ^ Керттула, Юхо; Филиппов, Валерий; Устимчик, Василий; Чаморовский, Юрий; Охотников Олег Г. (2012-11-05). «Развитие моды в длинных сужающихся волокнах с высоким коэффициентом сужения». Оптика Экспресс. 20 (23): 25461–25470. Дои:10.1364 / OE.20.025461. ISSN  1094-4087.
  4. ^ Филиппов, Валерий; Чаморовский, Юрий К .; Голант, Константин М .; Воротынский, Андрей; Охотников Олег Г. (2016-03-11). «Оптические усилители и лазеры на основе конической геометрии волокна для масштабирования мощности и энергии с низким искажением сигнала». Волоконные лазеры XIII: технология, системы и приложения. Международное общество оптики и фотоники. 9728: 97280V. Дои:10.1117/12.2218051.
  5. ^ Филиппов, В .; Чаморовский Ю. Kerttula, J .; Golant, K .; Песса, М .; Охотников, О.Г. (04.02.2008). «Коническое волокно с двойной оболочкой для приложений большой мощности». Оптика Экспресс. 16 (3): 1929–1944. Дои:10.1364 / OE.16.001929. ISSN  1094-4087.