Коническое волокно с двойной оболочкой
Коническое волокно с двойной оболочкой ( T-DCF ) представляет собой оптическое волокно с двойной оболочкой , которое формируется с использованием специального процесса вытяжки волокна, при котором температура и сила натяжения контролируются для формирования конусности по длине волокна. При использовании предварительно плакированных заготовок волокна как сердцевина волокна, так и внутренний и внешний слои оболочки различаются по диаметру и толщине по всей длине волокна. Такое сужение волокна позволяет сочетать характеристики обычных одномодовых волокон с двойной оболочкой диаметром 8–10 мкм для распространения света в основной моде с характеристиками многомодовых волокон используемых с двойной оболочкой большего диаметра (50–100 мкм). для оптического усиления и генерации. Результатом является улучшение точности импульсов по сравнению с обычными волоконными усилителями постоянного диаметра . 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
[ редактировать ]Усилитель T-DCF был впервые задуман и продемонстрирован в Университете Тампере исследовательской группой профессора Олега Охотникова в 2008 году. В 2013 году технология получила патент как средство преодоления нелинейных оптических эффектов, которые ранее ограничивали масштабирование мощности оптоволокна. лазеры и волоконные усилители . [ 1 ]
Технические характеристики и применение
[ редактировать ]Уменьшение нелинейных искажений при усилении волокна.
[ редактировать ]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, попадающий в тонкий конец, распространяется в широкой сердцевине без изменения содержания моды. [ 3 ] Следовательно, использование T-DCF для оптического усиления в многомодовом волокне обеспечивает хорошее качество луча за счет повышения порогов стимуляции нелинейных эффектов, включая рассеяние Бриллюэна и комбинационное рассеяние и спонтанное излучение. Сообщалось, что при использовании конического волокна с диаметром сердцевины на толстом конце до 200 мкм с числовой апертурой 0,11 и рекордными уровнями пиковой мощности и усиления энергии получены импульсы 60 пс с энергией 300 мкДж без нелинейных искажений. [ 4 ]
Высокое поглощение света насоса
[ редактировать ]Двойная структура волокна означает, что по сердцевине можно накачивать более высокую мощность, чем можно было бы передать по волокну. Поглощение и преобразование света накачки на единицу длины увеличивается в коническом волокне по сравнению с цилиндрическими волокнами с аналогичным уровнем активного ионного легирования. Это происходит из-за улучшенного смешения мод оболочки и более высокого поглощения на более толстом конце конуса из-за гораздо более толстой оболочки, что также означает, что легирующие примеси редкоземельных ионов выгодно концентрируются на широком конце T-DCF, поскольку геометрия определяет их наличие как прямо пропорциональное квадрату диаметра. [ 5 ] Такое более высокое поглощение позволяет усиливать сверхбыстрые лазеры с помощью очень коротких усилителей длиной всего несколько десятков сантиметров, обеспечивая усиление ультракоротких импульсов с высокой точностью.
Простота изготовления
[ редактировать ]Одним из существенных преимуществ T-DCF является простота производства. Производство преформ для специальных волокон высокой мощности (микроструктурированные стержневые волокна, волокна 3C или LCF) предполагает сложную технологию и строгие структурные требования. И наоборот, T-DCF изготавливается с использованием стандартных волоконных заготовок. Простые технологические приемы изменения скорости вытяжки в процессе вытягивания приводят к изменению диаметра волокна по его длине. Производство T-DCF лишь незначительно сложнее, чем производство обычного активного волокна.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ В. Филиппов, Ю. Чаморовский, О.Г. Охотников, М. Песса, патент США № 8433168 В2 «Активное оптическое волокно и способ изготовления активного оптического волокна».
- ^ Лю, Аньпин (5 февраля 2007 г.). «Подавление вынужденного рассеяния Бриллюэна в волоконных усилителях с использованием неоднородного волокна и температурного градиента» . Оптика Экспресс . 15 (3): 977–984. Бибкод : 2007OExpr..15..977L . дои : 10.1364/OE.15.000977 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 19532325 .
- ^ Керттула, Юхо; Филиппов Валерий; Устимчик, Василий; Чаморовский Юрий; Охотников, Олег Г. (05.11.2012). «Эволюция мод в длинных конических волокнах с высоким коэффициентом конусности» . Оптика Экспресс . 20 (23): 25461–25470. Бибкод : 2012OExpr..2025461K . дои : 10.1364/OE.20.025461 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 23187363 .
- ^ Филиппов Валерий; Чаморовский Юрий К.; Голант Константин М.; Воротынский Андрей; Охотников, Олег Г. (11 марта 2016 г.). Баллато, Джон (ред.). «Оптические усилители и лазеры на основе конической геометрии волокна для масштабирования мощности и энергии с низкими искажениями сигнала» . Волоконные лазеры XIII: технологии, системы и приложения . 9728 . Международное общество оптики и фотоники: 97280В. Бибкод : 2016SPIE.9728E..0VF . дои : 10.1117/12.2218051 . S2CID 125012972 .
- ^ Филиппов В.; Чаморовский Ю.; Керттула, Дж.; Голант, К.; Песса, М.; Охотников, О.Г. (04.02.2008). «Коническое волокно с двойной оболочкой для применений высокой мощности» . Оптика Экспресс . 16 (3): 1929–1944. Бибкод : 2008OExpr..16.1929F . дои : 10.1364/OE.16.001929 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 18542272 .