Аннотация:

замечательные последние демонстрации ультра-низкий потерю ингибированная муфта (IC) пустоморьера Фотонно-кристалл Волокна (HCPCFS) создан их как серьезные кандидаты на следующее поколение Долговелочный Оптоволоконная оптика Системы. помеха к этой перспективе, а также на русский язык такие приложения, как микроминация, где стабильный и высококачественный нужна доставка луча, это сложность в проектировании и изготовлении IC-руководство волокно сочетает в себе ультранизкие потеря, действительно надежная модификация, и поддержание поляризации Операция. Решения для дизайна, предложенные на сегодняшний день, требуют компромиссов между низкими потерями и по-настоящему одноразовую моруду. Здесь мы предлагаем роман IC-HCPCF Для достижения низкий потерю и эффективно однореморный Операция. Волокно наделено гибридной оболочкой, состоящей из кагоме-трубчатых решетка (HKT). Это . Новая концепция Микроструктурированный Облицовка позволяет нам значительно уменьшить удержание удержания и, в то же время сохранять действительно надежный однорежим Операция. Экспериментальные результаты показывают HKT-IC-HCPCF с минимальной потерей 1.6 БД / km на 1050 нм и а более высокий порядок Режим исчезновения соотношения максимально 47.0 дБ для длиной 10 м волокно. Надежность волокна однократность проверено путем перемещения волокна и варьируя муфту условия. Дизайн, предложенный здесь, открывает новый маршрут для разработки HCPCFS которые объединяют надежную ультра-низкую потерю Передача и Однорежим Доставка луча и обеспечивает новое представление о IC Руководство.

Введение:

из-за их Отличная производительность в качестве платформы для изучения фундаментальной физики и для решения прикладных проблем в фотониках Полон-ядро Фотонно-кристалл Волокна (HCPCFS) Продолжать быть предметом интенсивных исследований с их . Теоретическое предложение в 19951 год. Эти . Интересы обусловлены достижением выдающихся результатов в науке, такие как атом Optics2 и Газовая нелинейная оптика3, а в промышленности, таких как Ultra-Short-Pulse и высокоэнергетический лазерный луч Доставка4. Кроме того, физика HCPCF Оптическое руководство по-прежнему является увлекательной и постоянной темой Research5.

Сегодня мы различаем два типа HCPCF: один тип, которые направляют через A Фотонные Bandgap . (PBG) 1 и второй тип, который направляет через Механизм ингибированная муфта (IC) Оптический Руководство6. в PBG Волокна, свет направляется потому что волокна микроструктура Разработан такой, что нет режима облицовки, к которому можно использовать основной режим Пара. Наоборот, в IC-волокна, хотя нет Bandgap в оболочке частотно-эффективное Пространство показателя преломления, сцепление основного режима к облигации сильно ингибируется из-за низкого пространственного перекрытия между распределением поля сердечника и облицовки, а также к сильным несоответствию между поперечными пространственными фазами эти Modes7. Эти . Принципы предоставили концептуальные инструменты для введения гипоциклоидного ядра контура (то есть, отрицательная кривизна) Концепция8,9, что позволило резкому улучшению в световом заключении эти волокна, как иллюстрированные IC-руководство гипоциклоид Core-Contour Кагоме . решетка HCPCFS и одноразовое кольцо трубчатая решетка (SR-TL) HCPCFS10. Экспериментальные иллюстрации отрицательной кривизны Core-Contour Влияние - снижение фигур потери в Kagome HC-PCFS до 8,5 БД / km на 1030 NM11, который значительно ниже чем db / m Уровень потерь сообщил в первом Кагоме fibre12, а также реализация оптимизации SR-TL HCPCFS с потерей передачи как 7,7 БД / km на 780 NM7 . и 13,8 БД / km на 539 NM13. Среди . Примечающиеся выводы этого усилия - это тот факт, что для длин волн короче чем ~ 1 μm потеря передачи больше не ограничивается облицовочной дизайн. Вместо этого, индуцированная поверхностной шероховатостью потеря рассеяния (SSL) это ограничение фактор. С другой стороны, для длин волн дольше чем ~ 1 мкм, убыток в заключении (Cl) и, следовательно, конструкция облицовки, остается ограничительным фактором IC-HCPCF Трансмиссия Performance7. Очень недавно были введены новые дизайн облицовок отрицательной кривизны и более низкие значения CL чем те из Kagome-HCPCFS и SR-TL HCPCFS были продемонстрированы. Сообщалось, что очень многообещающие цифры потери передачи передач были зачислены на эксплуатацию фигур 2 дБ / км на 1512 NM для соединенной трубчатой ​​облицовки HC-PCFS14 и 0,28 БД / km на 1550 NM для Nested15 Трубчатая облицовка HCPCFS. Таблица 1 суммирует измеренные фигуры потери в представительстве HCPCFS.

в то время как недавняя убывающая тенденция в IC-HCPCF Устанавливающиеся цифры замечательны, текущая задача в поле является разработкой и изготовленной IC-руководством волокно, которое сочетает в себе UltraLow ​​ потеря, по-настоящему мою модифицируемость, а поддержание поляризации операция, особенно на длинах волн намного короче чем 1550 . Нм, например, около 1 мкм. К . иллюстрируйте трудности в объединении только однократность и UltraLow ​​ Потеря IC-руководство Волокна на ~ 1 мкм, мы вспоминаем следующие. строго говоря, в IC-руководство волокна, одноразовый невозможно потому что вездесущего присутствия более высокий порядок Режимы в волокне ядро. Тем не менее, можно подойти ближе к по-настоящему однорежимным операция, если соотношение вымирания потерь между режимом самых низких потерь (как правило, основной фундаментальный режим) и второй - самый низкий Режим потерь достаточно высокий. Он был успешно достигнут в шесть трубных SR-TL HCPCFS Благодаря адекватному соотношению между диаметрами ядро ​​и решетки, DCORE / DCORE, рассчитанный на 0,68, что обеспечивает эффективное сопоставление показателей преломления между LP11 Режимы ядра (которые обычно являются основным загрязнением режим более высокого порядка в модальном фономе Содержание) и фундаментальный LP01, подобный Режим решетчатых труб16,17,18. Однако неудобства этого подхода заключается в том, что Cl из основного фундаментального режима значительно высот потому что небольшого ядра Диаметр. Для . Пример, Гао et al. Измеренные значения потери приблизительно 500 БД / km Для длин волн приблизительно 1 мкм с шесть трубной SR-TL HCPCFS19. С другой стороны, фигура минимальной потери сообщена в литературе Когда Использование IC-руководство Волокна примерно 1 мкм это 2.5 дБ / км, который был получен с использованием вложенной трубчатой ​​облицовки HCPCF20. Тем не менее, соотношение между значениями потерь фундаментальных и LP11-подобных Режимы в вложенных волокнах обычно ниже чем 20 дБ15, который значительно уступает соотношению, достигнутому в шеститрубную решетку SR-TL HCPCFS, которые могут быть выше чем 30 DB18. Хотя это соотношение достаточно для достижения эффективных однорежимные эксплуатация в статических условиях путем подходящей входной световой связи, становится проблематичным для обеспечения одного модульности в условиях где Волокно находится под постоянным движением и наклон. Таблица 1 суммирует измеренную более высокий порядок Режим уровни вымирания в представительстве HCPCFS.

Таблица 1 Сводка измеренных фигур потери передачи и Hom (более высокий порядок режим) вымирание в представительстве HCPCFS

Таблица полного размера

Здесь мы представляем дизайн и изготовление романа HCPCF Структура, которая сочетает в себе однореморный операция и UltraLow ​​ Cl. Дизайн облицовки проявляет гибридную решетку из Кагоме и трубчатая облицовка решетки. Утилизация двух образов IC позволяет уменьшить CL при сохранении ядра волокна, размариваемого шесть трубчатых трубчатых решетка для эффективных однорежимные Операция. Как показано ниже, минимальная цифра потери 1.6 БД / km на 1050 NM можно экспериментально достичь с помощью этого волокна дизайн. Более того, модальное содержание волокна измеряется с помощью пространственно и спектрально (S2) Визуализация Техника21. Высший порядок Взносы в режиме измеряются, чтобы иметь максимальный соотношение вымирания, как 47.0 дБ для длинного волокна в 10 м при оптимизированной муфте условия. Наконец, надежность волокна однорежим Персонаж подтверждается путем проверки режима вывода, а волокно перемещается и изменив муфту условия. Мы . полагают, что дизайн волокна, предложенный в данном документе, обеспечивает новый проспект для получения низкобызга Однорежим HCPCFS.

Результаты:

Обоснование дизайна

Рисунок 1 суммирует предлагаемую структуру волокна, гибрид Кагоме-трубчатые решетка (HKT) HCPCF и его дизайн Обоснование. Рисунок 1А Показывает волокна поперечной геометрической микроструктуру. Он наделен двумя решетками Облицовка. Внутренняя облицовка состоит из решетки шести труб, которые Демаркс волокно ядро. Шесть трубки решетка выбирается для достижения эффективности однореморный Операция через Резонансная фильтрация LP11 Mode16,17,18. Кроме того, эта внутренняя облицовка выделяется потому что Отсутствия узлов соединения, которые способствуют IC Руководство7. Внешняя облицовка HKT-HCPCF включает Kagome Структура решетки, в которой трубчатая решетка - встроенная. Как будет продемонстрировано в следующем, ассоциация двух образов IC значительно увеличивает светлое ограничение в ядре и снижает волокно CL

Мы . Начните наш анализ, рассмотрев идеальную версию HKT-HCPCF в котором трубчатые и Кагоме Решетки не физически подключены. Несмотря на то, что идеальная структура нереальна, это позволяет изучать потенциал нового дизайна, предложен в данном документе, чтобы обеспечить UltraLow ​​ потеря, и углубить наше понимание улучшения возможностей удержания когда Объединение двух облицовок IC Архитектуры. Кроме того, идеальная версия волокна действует как педагогический и Предварительный дизайн Инструмент, который раскрывает наиболее важные элементы дизайна и физические аспекты предлагаемой волокна архитектуры, а именно, важность иметь подходящее расстояние между внутренними и внешними ободками, эффект количества Kagome Облицовочные слои и расположение каналов утечки в структуру. Презентация реализуемая Версия HKT-HCPCF будет следовать изучению идеальной версии это.

Конструкция волокна обусловлена ​​руководящими принципами механизма руководства IC6,7. Внутренняя облицовка сделана с шестью изолированными трубками потому что это гарантирует одномодовый Операция и пустота соединения узлы. Окружающая облицовка производится с использованием другой облицовки IC, то есть Kagome решетка, чтобы уменьшить туннелирование утечка. Кроме того, CL, индуцированные узлами и острыми изгибами во внешней оболочке, сводится к минимуму, потому что из их Больше расстояние от волокна ядро.

Рисунок 1b показывает поперечные секции из конструкций волокна (FDS), мы изучаем здесь (LHS) и их Соответствующий моделируется CL как функция нормированных частотных значений, f = (2t / λ) n2g-1 ----- √ (1.45). Первый дизайн (FD # 1, фиолетовый линия) состоит из стрижка 6 трубку структура решетки чей Минимальные значения CL примерно 1650 дБ / км, 20 дБ / км и 3 дБ / km в фундаментальном, первом порядке и второго порядка полосы передачи, соответственно. Второй дизайн (FD # 2, зеленый линия) воспроизводит 6 трубку решетка SR-TL HCPCF. Результаты показывают, что оболочка подвесных трубок мягко влияет на спектр CL с увеличением приведенных выше потери фигуры до приблизительно 1900 дБ / км, 40 дБ / км и 5.5 дБ / км, соответственно. FD . # 3 (серая линия), в свою очередь, представляет собой модифицированную версию дизайна трубчатой ​​решетки с трубками, которые полностью изолированы. Расстояние между трубами решетки и куртке с кремнеземами установлено на 1.59 мкм. В этом идеализированном дизайне существование зазора между трубами и курткой влияет на значения CL, которые обнаруживаются ниже чем те рассчитано для FD # 1 и FD # 2.

Синяя линия в Рис. 1b . показывает CL для Kagome решетка HCPCF, определена как FD # 4. Для . Этот дизайн, минимум CL фигуры примерно 440 дБ / км, 50 дБ / км и 30 дБ / km в фундаментальном, первом порядке и второго порядка полосы передачи, соответственно. Мы . Примечание для этого волокна колебательная структура в спектре CL из-за соединительных стоек или узлов6, которые могут либо локально увеличить, либо уменьшить CL по сравнению с FD # 1 и FD # 2.

HKT-HCPCF Предлагаем здесь идентифицировать в Рис. 1b . Как FD # 5. Красная линия в Рис. 1b . Показывает идеальный случай этой структуру. В этой ситуации нет физической связи между трубчатым и Кагоме Решетки, а расстояние между решетками установлено на 1.59 мкм. Хотя . Это не выполнимый дизайн волокна, оно связывает потенциал этого нового дизайна для достижения впечатляюще низких CL значения - как низкий как 0,35 дБ / км, 7 × 10-5 . БД / km и 8,6 × . 10-6 . БД / km для длин волн в фундаментальном, первом порядке и второго порядка полосы передачи, соответственно. Примечательно, что два последних значения для этой идеальной структуры намного ниже текущего уровня затухания твердо сердца Волокна, представленные желтой пунктирной линией в Рис. 1b22. Кроме того, существует выразительная разница в пять порядков между CL FD # 5 и Те, кто рассчитывается для других конструкций, как подчеркивается черной стрелкой в ​​ Рис. 1b. В частности, сравнение между результатами FD # 3 и FD # 5 позволяет приписывать сокращение CL к замене однородной куртки кремнезема Kagome микроструктура.

Рисунок 1С показывает эволюцию, по отношению к интервалу между внутренней и внешней ободками в FD # 3 и FD # 5 (G, см. Вставку Рис. 1C), минимум CL в 1-й и 2-й передаче полосы. Результаты для FD # 5 легко показать, что для значительного падения CL, G должен быть больше чем Критическое значение GCR. Когда . г варьируется от 0,68 до 1.51 мкм, CL капли из 4.1 × . 10-3 . БД / km до 3.5 × . 10-4 . БД / km на F = 1.66 . и из 1.7 × . 10-4 . БД / km до 5.8 × . 10-6 . БД / km на F = 2.58. Дело где g = 0 также показан в Рис. 1C. Для . Этот случай, значения Cl намного выше, а также 1.7 БД / km на F = 1.66 . и так высоко, как 2.4 БД / km на F = 2.58. в эти Моделирование, изменение в значения G достигается адекватно увеличением Kagome Решетка шага так, чтобы диаметр ядра (DCORE = 35 мкМ), расстояние между облицовочными трубками (δ = 6,5 мкм), а толщина труб и Kagome решетки (тетубы = tkago = 1100 нм) может быть поддерживается. на основе данных, представленных в Рис. 1С, критическое значение G (GCR) найдено приблизительно 1.5 мкм . для достижения драматического снижения CL в HKT-HCPCF дизайн по сравнению с этим в обычном Кагоме и трубчатое волокно дизайн. Примечательно, что результаты нашего численного исследования (не показан) Также укажите, что азимутальное положение внутреннего облицовки относительно внешней облицовки влияет на CL. Результаты для FD # 3, в свою очередь, также учить, что увеличение G влечет за собой снижение ценностей CL Однако, поскольку ограничивающая сила гомогенной куртки кремнезема низкая, убывающая тенденция ценностей CL не такой крайности, как в FD # 5.

Более того, концепция уменьшения CL состоит в связи с двумя решетками IC, может быть расширена до других архитектурных архитектурных архитектур, таких как С внутренними ободками, выполненными вложенные трубки или соединенные трубки (см. Дополнительный материал для дальнейшего информация). CL, полученные как с вложенной трубкой, так и с внутреннему ободками в вложенной трубке, так и со соединительными трубками, сопоставимы с пробиркой трубчатой ​​решетки, но они проявлять структурированные спектр потери потому что наличия соединения узлы. Кроме того, это стоит упоминать что особенно сложно выполнить требуемый фазовый сопоставление между LP11 Основной режим и LP01 Внутреннее облицовочное воздушные режимы для однократность когда . Использование вложенной трубки Решетки. Кроме того, расширение гибридного дизайна для различных наружных облицовок структур других чем Структуры IC - это правдоподобное направление Для . Пример, можно предложить другую конфигурацию, в которой внешняя Kagome решетка заменяется на PBG Облицовка. Действительно, концепция ассоциации двух ободок для улучшения светового заключения остается действительна. Однако дальнейшее расследование необходимо, если этот подход выбран с уход должен быть принят в дизайне и изготовлении интерфейса между внутренней и внешней оболочками, а в выборе их соответствующие структурные габариты.

К . обеспечить физическое понимание увеличения мощности удержания в HKT Облицовка решетки, мы вспоминаем, что, в отличие от PBG волокна, чей Потеря фигуры монотонно Снижение с увеличением количества облицовочных слоев23, CL в Kagome Волокна не отображают одно и то же поведение. Вместо этого минимум CL в Kagome Волокна достигаются для оптимального количества слоев, которые связаны от компромисса между облицовочной структурой, ограниченной силой, и ростом плотности облицовки Фотоны государства6. Действительно, хотя Добавление слоев облицовов улучшает ограничение режима в ядре, он одновременно создает дополнительные моды облицовки, к которым является слабо сочетается в основном режиме, привлекая к тому, что включают в себя. Поэтому оптимальный CL в Kagome Решетки достигаются адекватно рассмотрением компромисса между количеством Фотоны Государства в облицовочном положении и ограничивающей силой структуру. Это . Функция исследуется и подтверждена в систематическом исследовании, обобщенном в фиг. 2 и 3.

На рисунке 2 показан CL Когда Учитывая 6 трубку Структура решетки и последовательно добавление Kagome Структура вокруг трубчатого облицовочного слоя на слой. Для . Простота, мы определяем параметр ξ Как соотношение между толщиной рассматриваемой внешней облицовки в моделировании и Кагоме Облицовка Шаг. В нашем анализе ξ варьируется от 0 (нет Kagome Облицовка) до 2 (Kagome решетка, состоящая из двух колец труб), а рассчитанные значения CL представлены в Рис. 2a. Рисунок 2B Показывает значения CL для двух представительных нормализованных частотных значений (f = 1.66 и f = 2.58). Эффект добавления Кагоме Облицовка на скорость падения CL чрезвычайно резла между ξ = . 0 и ξ = . 0,5 . и мягче для ξ > . 1. . на F = 1.66, CL рассчитывается как 17.4 БД / km когда . ξ . = . 0 и 6,5 × . 10-3 . БД / km когда . ξ . = . 0,5. на F = 2.58, CL счета за 1.5 БД / km когда . ξ . = . 0 и 1.6 × . 10-4 . БД / km когда . ξ . = . 0,5. Когда . ξ . = . 1 и ξ = . 2, еще одно снижение, но при более медленной скорости наблюдается в ценностях CL на F = 1.66, CL рассчитывается как 1.1 × . 10-3 . БД / km когда . ξ . = . 2. . на F = 2.58, CL рассчитывается как 1.0 × . 10-5 . БД / km когда . ξ . = . 2. . Здесь, это стоит, отмечая которые имеют Кагоме облицовка образована больше чем два кольца трубок (то есть, имеющие ξ > 2) влечет за собой предельное снижение CL24. в моделировании, показанных в Рис. 2, диаметр ядра (DCORE = 33,5 мкМ), расстояние между облицовочными трубками (δ = 4.67 μm), расстояние между трубчатым и Kagome решетки (G 1.59 мкм), Kagome Общеломка Pass (19,46 мкМ), параметр кривизны (b = 1, что указывает на круговая в форме граничные дуги), а также трубка и Kagome толщина решетки (ст. = tkago = 1100 nm) хранились Константы.

На рисунке 3 представлены поперечные карты утечки для разных ξ (параметры параметры волокна такие же, как в Рис. 2). Цветовые диаграммы показывают, что на F = 2.58 . и для репрезентативных значений ξ, модуль нормализованного радиального составляющего Poynting Вектор, P¯¯¯¯¯¯¯¯er = Re (P⃗ ⋅r ^) Pr, где p⃗ . = 12e → × H * - → это Poynting Вектор (с e → и h → Представление электрических и магнитных полей, соответственно), r ^ является вектором радиальной единицы, а Pr = ∮p⃗ ⋅r ^ dl это утечкованная мощность на блок Длина. Действительно, P¯¯¯¯¯¯¯¯ Был оказан полезный инструмент для изучения динамики утечки в IC Fibres7. В дополнительном материале мы расширили связь между P¯¯¯¯¯¯¯ и клетчатое волокно и обеспечивают дальнейшее обсуждение нормализации процедуру. Кроме того, мы показываем в Рис. 3 Значения ослабления, рассчитанные как PRPM, где PM - это реальная часть мощности режима, с PM = RE (∬s∞p⃗ ⋅z ^ ds).

соответствует результатам, опубликованным Debord et . AL.7, расстояние между облицовочными трубками в конструкции волокна изучена здесь (δ = 4.67 μm) Влечет за собой основной канал для основной утечки фундаментального режима, чтобы быть направлением через трубки решетки (вместо этого направления через зазор между облицовочными пробирки; см. Результаты для ξ = 0). Для . ξ . > . 0, один видит, что наличие Кагоме Решетка вокруг трубчатой ​​решетки сводит к минимуму потоку мощности через этот канал утечки трубчатой ​​решетки Структура. Это . Уменьшение утечки увеличивается с увеличением ξ Для рассмотренных ценностей здесь. Примечательно, что основные каналы утечки для Kagome решетка - это азимутально сместился из направления через внутреннюю решетку трубки. Кроме того, vortex - подобный Динамика радиального компонента Poynting Векторные контурные линии внутри состав волокна замечательно. Это . Интересное поведение, также наблюдаемое в других работах25,26, требует дальнейшего изучения поперечного потока энергии в HCPCFS.

На рисунке 4 представлены HKT Тест дизайна решетки для предложения отличного CL и Hom Уровни вымирания Среди Представитель IC-HCPCF Дизайн, исследованные в Литературу. Рисунок 4А показывает сравнительный участок между CL фундаментального режима в SR-TL HCPCF . (Я, зеленая линия), вложенная (II, розовая пунктирная линия), прямой бар (III, оранжевая пунктирная линия), Гнезда (IV, фиолетовая пунктирная линия), соединенные трубки (V, серая пунктирная линия) и гибридный дизайн, предложенный здесь (VI). Данные представляют собой волокна с диаметром ядра 30,5 мкм . и решетки пробирки с наружным диаметром и толщиной 22.1 мкм . и 1.1 мкм, соответственно. В дизайне V трубки во втором кольцевом слое имеют диаметр 26.4 мкм, а в проектах II и IV вложенные трубки имеют диаметр 12.17 мкм. Кагоме Шаг решетки в дизайнах VI и VII устанавливается как 18 мкм. Эти . Рассматриваются параметры, чтобы обеспечить прямое сравнение с данными, недавно опубликованными Habib et . al.27.

Рисунок 4А показывает, что волоконные конструкции II, III, IV и V позволяют уменьшать значения CL SR-TL HCPCFS (I) примерно на два порядка величины. Тем не менее, их CL остается в пределах диапазона ~ 1-3 дБ / км, с вложенным дизайном (ii) имея минимальное значение 0,5 БД / km Для параметров волокна рассмотрены здесь. Напротив, идеальная гибридная структура волокна (VI, красный линия) предлагает драматический CL Сокращение. Значения CL падают до 7 × 10-5 . БД / km вокруг 1410 нм. в этом моделировании расстояние между трубчатым и Кагоме Решетки были установлены как 2.04 мкм.

в то время как идеал HKT-HCPCF Дизайн приостановил внутренние облицовки трубки (следовательно, это не осуществимо), это структура важных академических интересов для демонстрации концепции ассоциации двух обломок IC к уменьшение CL, а также потенциал HKT-HCPCF обеспечить впечатляющие низкие потери фигуры. Принимая это во внимание, мы показываем в Рис. 4 (VII, синий линия) A Реализуемая Версия HKT-HCPCF. В этой конструкции волокна облицовочные трубки подключены к Kagome решетка через Утилизация тонких трубки. Действительно, симуляция показывает, что тоньше соединительные трубки, тем ниже значения CL будет быть. Здесь мы выбираем соединительные трубки с толщиной 640 нм (то есть, 58% от облицовки стойки и трубки толщина) Как разумное значение, учитывая HKT-HCPCF изготовление. Результаты показывают, что в то время как добавление соединительных трубок приводит к увеличению CL, минимальная кл 1.46 × . 10-2 . БД / km примерно на 1340 нм в 36 раз ниже чем Самая низкая фигура CL достигается с другими конструкциями волокна между 1260 и 1400 НМ-как подчеркивается черной стрелкой в ​​ Рис. 4a.

Кроме того, мы оцениваем в Рис. 4b . Соотношение между CL LP11 - подобной Режимы и CL фундаментального режима (αlp11 / αlp01) Для оценки потенциала образцов волокна для одноремонтный Операция. Мы . Различают два дизайна Группы: Первая группа (I, V, VI и VII) С αlp11 / αlp01 В диапазоне 3 × 102 . до 3 × 104 . и вторая группа (II, III и IV) с гораздо более низким соотношением, в диапазоне 2-10. Это . Разница легко объяснена дизайном волокна LP11 Режим резонансной фильтрации 7,17,18. Здесь дизайн гибридного волокна является единственным, который достигает лучшего компромисса в биномиальном Cl и Hom исчезновение. Учитывая результаты для гибридного проектирования волокна, если вы принимаете ситуацию, в которой 99% власти связана с фундаментальным режимом и 1% связан с LP11 Режим на входе волокна, A Hom коэффициент вымирания выше чем 40 дБ можно оценить на 10 м в длину волокна.

Изготовление волокон и убыток Измерение:

Из-за потенциала HKT-HCPCF показано моделированием, мы стремимся получить такое волокно экспериментально. Поперечное сечение изготовленного волокна представлено в Рис. 5А, который был получен с помощью стека и розыгрыша Техника. Трубы, которые образуют трубчатую решетку, имеют толщину 1.27 мкм . и внутренний диаметр 23.0 мкм. Ядро волокна имеет 37.1 мкм . Диаметр. Во время . Изготовление, пробирки и размеры сердечников были оптимизированы для достижения DTUBES / DCORE = . 0,62. Это . Значение близко к оптимальному значению DTUBES / DCORE = . 0,68, который рассчитан на тот, который обеспечивает оптимальное соединение между LP11 Режим руководствуется в ядре и фундаментальный режим, направляемый в решетке TUBES18. Кагоме Штуки решетки имеют однородную толщину 720 нм, а поддерживающие трубы имеют толщину 370 Нм, как в пределах 50 нм. Изменения (см. Рис. 5b Для увеличенного представления поддерживающей трубки область). На текущем этапе разработки сфабрикованные длины волокна обычно имеют от 100 до 200 м.

Рисунок 5C представляет потерю HKT-HCPCF (синяя кривая), которая была измерена от измерения сокращения с использованием длинного волокна 120 и 4 м. минимальное значение потерь 1.6 ± . 0,4 . БД / km был измерен в 1050 нм. Кроме того, смоделированный CL и TL (всего потеря) фундаментального режима (зеленый пунктирная кривая для CL и красной пунктирной кривой для TL) и TL представителя Hom (а именно, подобный lp11 и lp21, подобный режимы-фиолетовые и розовые пунктирные линии, соответственно) показаны в Рис. 5с. Здесь стоит уточнить, что значения CL были рассчитаны при рассмотрении реального волокна поперечное сечение. В свою очередь, TL был рассчитан с помощью TL = CL + SSL, где SSL . является потерей рассеяния поверхности, которая была оценена с использованием SSL = ηfcc (λ0λ) 3, где η . является постоянным, связанным с высотой шероховатости поверхности, FCC является основной режим перекрытия с контуром сердечника, а λ0 является постоянным, что позволяет калибровать SSL Формула28 . (в Рис. 5C, η = 0,25 × 10-2 и λ0 = 1700 NM). Хорошее согласие рассматривается между смоделированным TL фундаментального режима и экспериментально измеренной потери. Hom убыток найден примерно на два порядка выше чем Потеря фундаментального режима, в хорошем согласии с прогнозируемыми потерями (см. Рис. 4b).

Измерение модального содержимого и дальнейшая характеристика Результаты:

S2 . Измерения21 . были выполнены, чтобы количественно учитывать модальное содержание волокна. Рисунок 6a показывает S2 след за 10 м длинного HKT-HCPCF. Последнее показывает, что нет вклада LP11 Режим был обнаружен (который показывает, что 6-трубка трубчатая решетка дизайн волокна фильтруется она). Вклад lp21 - подобный Режим был обнаружен с MPI (Многомупление помехи) Значение так мало, как -47.0 БД. Таблица 1 показывает Hom Значения подавления, учитываются S2 Измерения в IC-HCPCFS. Значения, сообщенные для трубчатой, вложенной трубки и конъюблированных конструкций трубки диапазон от 27 до 22,4 БД для волокон с длиной от 10 до 15 м. HKT-HCPCF Поэтому сообщается здесь, позволяет получить улучшенный эффективный одноремонтный Операция в IC-HCPCFS.

К . Показать волокна Однорежим эксплуатация надежность, мы проводили S2 Измерения путем применения смещения в входном положении волокна относительно лазерного луча (для оболочки с длиной 10 M). MPI Значения для LP21 Режим построена в Рис. 6b . Как функция смещения входного волокна (смещение oble Zero представляет оптимальный свет коробка передач). Наблюдается, что Когда Эффективность сцепления для LP21 Режим растет, поскольку смещение входного волокна становится больше, MPI Значения для LP21 Увеличение режима от -47.0 к -24.7 дБ когда Входное смещение волокна увеличено от 0 до 10 мкм. Примечательно, что даже для этого большого смещения в волокне входной позиции, Hom Взносы имеют максимум MPI Значение -24.7 дБ в предложенном HKT-HCPCF И что нет LP11 Вклад может быть наблюдается. Кроме того, Рис. 6C . представляет типичное измерение M2 (выполнено на 1030 Nm, используя стандарт ISO Стандарт MetroloLux LPM 200) для HKT-HCPCF. Значения M2 были измерены, чтобы быть 1.01 и 1.02 для X-оси и оси Y, соответственно. Более того, волокно на был протестирован. Максимальное значение 21 дБ было измерено для длинного волокна 10 M в 1030 нм. Кроме того, потеря волоконного изгиба была характеризуется. Измерения показали, что на 1100 NM, значения потери изгиба были приблизительно 0,06 DB / поворот когда . Радиус кривизны составлял 20 см.

Наконец, надежность волокна однорежим Операция против Независимо от стержня лазерного луча с ядром волокна было испытано путем изучения реконструированного ближнего поля профиль под разным муфтом условия. К . Сделайте это, мы использовали лазер на 1064 NM и измерил питание и выход вблизи профиля поля, поскольку положение входного волокна было сканировано вдоль горизонтальной и вертикальной оси. Сканирование охватывает 10 мкм вдоль обеих осей, то есть Δx = . Δy . = . ± 5 мкм. Происхождение соответствует максимуму выходной мощности, измеренной для 90% ввода Power. Для . каждая смещение, выходная мощность волокна и ближневое поле профиль были записаны. Рисунок 7А показывает цветную карту нормализованного распределения мощности, с выбранным ближневым полем Профили, показанные в вставках (вдоль горизонтальная ось вдоль вертикальной оси и на экстремальных позициях). Показано, что более 10 × 10 мкм2 площадь, ближнее поле профиль оставался фундаментальным, а переданная мощность оставалась выше чем 60% из максимум. Это Достигая что цветная карта не является совершенно симметричным из-за несовершенной легкой муфты в волокне вход.

В качестве дополнительных индикаторов волокна эффективно однореморный Операция, мы расследуем Рис. 7 Эффект Хом вклад в полную ширину в половине максимума (fwhm) и положение центра вывода Beam. Рисунок 7b показывает расчетные профили режима интенсивности, доминируют в фундаментальном режиме, когда Предполагая, что разные интенсивности вклады от LP11 и LP21 Режимы к модальному контенту (а именно, 40, 30 и 20 дБ). Участки в Рис. 7b . Представьте профили интенсивности вдоль горизонтальной оси для случаев, упомянутых выше (оттенированные области представляют собой профиль интенсивности фундаментального режим). Самым выраженным эффектом добавления LP11 Режим к модальному содержанию волокна смещает пучок Центроид. С другой стороны, самый заметной эффект включения LP21 Режим на волоконном модальном контенте меняется пучок FWHM. Эти . Наблюдения могут быть проверены в Рис. 7c, где нормализованный FWHM (Fwhm / fhwm0, где fwhm0 это полная ширина в половине максимума фундаментального режим) и сдвиг центроида нормализован FHWM0 (Δd / fhwm0) балок построены как функция Hom вклад в модальный контент. Результаты показывают, что LP11 и LP21 Вклад, соответствующие вымиранию электроэнергии 30 дБ, привели к ~ 5% относительные изменения в fwhm и центроид позиция. Рисунок 7D представляет графики нормализованных fwhm и вариация центроида выходного пучка как HKT-HCPCF Входное положение было сканировано вдоль оси X (y = 0 в Рис. 7A). Результаты показывают измеренные FWHM / FHWM0 и Δd / fhwm0 быть меньше чем 0,5% и меньше чем 0,2% соответственно по всему сканируют диапазон. Кроме того, на рисунке показаны Hom Вклад в fwhm / fhwm0 и Δd / fhwm0 Вариации для разных LP11 и LP21 Модальные комбинации (пунктирные горизонтальные линии). Результаты показывают, что, независимо от LP11 и LP21 комбинация, Hom вклад в модальный контент оставался меньше чем 30 дБ по всему отсканированному район. Наконец, следует отметить, что этот диапазон в FWHM / FHWM0 и Δd / fhwm0 вариация не была увеличена когда Волокно было рученным и потрясенным во время запись.

Обсуждение:

Результаты, представленные в настоящем документе, продемонстрируют, что ассоциация двух ободок IC может значительно снизить содержание CL и модальное содержание в HCPCFS. В частности, мы использовали внутреннюю облицовку с шестью взвешенными трубными кольцами для обеспечения одного режима Операция по Резонирующе Фильтрация самых низких потерь HOM и внешняя облицовка с kagome решетка для CL улучшение. Результаты показывают, что когда Мы окружаем внутренние трубки с Kagome решетка без разрешения их Нажмите (то есть, используя идеальный HKT-HCPCF), падение CL на 5 порядков относительно типичных трубчатых или Kagome Облицовка HCPCF и для самых представительных сообщений HCPCF Альтернативные конструкции могут быть достигнуты (A Минимум 8,6 × 10-6 db / km Был получен с раскрытыми волокнами Параметры). Когда . Учитывая реализуемые Версия HKT-HCPCF Дизайн, симуляция показала, что фигура минимальной потери 1.42 × . 10-2 . БД / km примерно на 1340 Нм может быть достигнута.

Используя эту концепцию, мы разработали и изготовили гибридную облицовку IC-HCPCF

Улучшения на текущий HKT-HCPCF Для достижения более низкой коробки передач должен Рассмотреть возможность достижения лучшего контроля форм и размеров соединительных трубок между трубчатым и Kagome решетки во время Волокно Рисовать. Если . Лучший контроль над этим аспектом может быть получен, снижение потерь передачи более чем Один порядок величины Ожидаемый. Более того, дальнейшие модификации в конструкции волокна, такие как замена некоторых из шести труб с другие демонстрируя различные ограничивающие полномочия, позволит исследованию своего потенциала как поддержание поляризации волновод. Настоящие результаты будут способствовать во всем мире Endevors для изучения IC-HCPCFS как кандидаты на следующее поколение Долговелочный оптические волокна и углублены наши знания о механизмах руководства в эти волокна.

Материалы и методы

изготовление волокон

HKT-HCPCF был получен, используя стек и розыгрыш Техника на двух шагах процесс. Первый шаг включает в себя сборку преформы и тростнику Рисунок. Второй шаг включает в себя рисунок трости к волокну Размеры. Во время . Процедура рисунка волокна, независимая ГРУЗАЦИЯ был применен к Кагоме решетка, трубчатая решетка и основные области для достижения необходимых геометрических размеров.

Измерение сокращения

В измерениях сокращения свет от A Supercontinuum Источник света был связан с волокном, и анализатор оптического спектра измерял передаваемый сигнал. Для . Длина каждого волокна (120 и 4 м), передаваемый спектр измеряли для трех независимых волокнов расщепления.

S 2 измерения

S2 Установка измерений охватывала тюнируемость лазер с диапазоном длин волн между 1030 и 1070 нм (10 PM разрешение) и камера с процедурой приобретения изображения, управляемой компьютер. Профили режима и соответствующие многолучевое распространение Значения помех были рассчитаны с вывода волокна, приобретенных во время Лазерная длина волны подметание21. до S2 Измерения, трансмиссия волокна была оптимизирована для получения максимальной передаваемой мощность. MPI Значения, показанные в Рис. 6b . были получены из S2 Измерения, сделанные путем смещения ввода волокна от его оптимального положение.

За . измерение

в за Измерения, свет от лазерного излучения на 1030 NM был запущен в ядро ​​волокна, а оптическая мощность, возникающая из портов поляризационного разделителя луча, была измерена.

Доступность данных

Данные, которые поддерживают выводы этого исследования, доступны от соответствующего автора на разумный запрос.