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带有吸收棒的单模光纤可作为光谱过滤器
材料来源:lfwc           录入时间:2021/8/12 10:42:39

/John Wallace

 

图1:在一根芯径为10μm的单模光纤的包层中,一根高折射率棒被放置在距离芯径S的地方;除了纤芯支持的模式外,折射棒本身也支持一种模式(a)。这个想法是为了让折射棒与纤芯共振,把某些光谱区域的光从纤芯中吸引过来并吸收,从而让折射棒扮演一个光谱过滤器的角色。折射棒离纤芯越远,峰值带宽的宽度越窄(b)。

由俄罗斯科学院普罗霍罗夫普通物理研究所、俄罗斯迪亚诺夫光纤研究中心和俄罗斯科学院G.G. Devyatykh高纯度物质化学研究所组成的一个研究小组,一直在研究在光纤的包层中增加一个与纤芯分离开来的结构,来改变通过光纤的光线。

首先,研究人员通过使增加的结构具有吸收性,来建立一个模式过滤器——现在,他们已经创建了一个共振结构,以此作为光纤的一个光谱过滤器。该小组已经在实验中验证了这些结果。

他们的想法是,在光纤的包层中,在距离芯径为S的地方,放置一根或多根高折射率棒,它与纤芯产生共振,吸收某些光谱区域,而不影响其他光谱。这个简单的想法特别吸引人,因为它可以作为单模光纤的一个滤波器——例如,抑制光纤激光器中不想要的发光频率,或者抑制受激拉曼散射。

研究人员首先使用COMSOL Multiphysics软件以及他们自己编写的软件,对该技术进行建模。在光纤设计中,纤芯和每根折射棒都支持一种模式的传播;因此,除了纤芯外,如果光纤中放置了三根折射棒,这根光纤将支持四种模式。所有建模光纤的纤芯直径为10μm,纤芯的指数差为0.002。在一个例子中,一根直径为1.14μm、指数差为0.01的折射棒,被放置在离纤芯有一定距离的地方(见图1)。

折射棒和纤芯之间的距离是关键

通过建模显示,当波长短于谐振波长时,光主要在纤芯中传播;当波长长于谐振波长时,光主要被吸收到折射棒中,从而在光谱上分离了光(当波长与谐振波长相同时,光在纤芯和折射棒之间平均分配)。共振带宽的变化取决于纤芯和折射棒之间的距离,距离越小,带宽越大。对于较窄的谐振峰值带宽,要抑制的波长处的损耗与工作波长处的损耗之间的比率较高。弯曲光纤会导致谐振波长的移动。

为了增强模式抑制,研究人员还研究了一种配置,其中有三根折射棒,围绕纤芯轴线等角度间隔排列。在这种情况下,弯曲光纤,中心波长并没有发生很大的移动,但它被展宽了,同时减少了频带中心的峰值抑制。

研究人员制造了一根放置了折射棒的单模石英光纤,旨在共振地抑制波长1030nm附近的光,这是工作在977nm的掺镱(Yb)激光器不想要的放大自发发射的光谱范围。该配置通过一段1m长的光纤,将1027.5nm附近的信号抑制了大约20dB。

研究人员注意到,测量到的损失峰的强度,高于单纯从折射棒的吸收系数所预期的强度;他们假设,增加的额外损失是由于弯曲或微弯曲损失造成的。

参考文献

1. S. Aleshkina et al., Opt. Lett. (2021); https://doi.org/10.1364/ol.412429.


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