Resumen:

Demostraciones recientes notables de la pérdida ultra baja inhibido-acoplamiento (IC) núcleo hueco Fotónica-cristal Fibras (HCPCFS) Establecido ellos como candidatos serios para siguiente-generación Long-Haul Fibra Óptica Sistemas. un obstáculo para esta perspectiva y también a corto plazo aplicaciones como micromachining, donde Estable y alta calidad Se necesita la entrega de haz, es la dificultad de diseñar y fabricar una guía IC Fibra que combina ultra-baja Pérdida, una solancia verdaderamente robusta, y Mantenimiento de polarización Operación. Las soluciones de diseño propuestas hasta la fecha requieren una compensación entre baja pérdida y verdaderamente Modega. Aquí, proponemos una novela IC-HCPCF para lograr la baja pérdida y eficaz Modo único Operación. La fibra está dotada de un revestimiento híbrido compuesto por un kagome-tubular celosía (hkt). Este Nuevo concepto de A Microestructured El revestimiento nos permite reducir significativamente la pérdida de confinamiento y, al mismo tiempo, preservar un modo realmente robusto Modo Operación. Los resultados experimentales muestran un HKT-IC-HCPCF con una pérdida mínima de 1.6 db / km en 1050 nm y a de orden superior Relación de extinción de modo tan alto como 47.0 DB por un 10 m de largo Fibra. La robustez de la fibra MODIZACIÓN DE SOLA se prueba moviendo la fibra y varía el acoplamiento Condiciones. El diseño propuesto en el presente documento abre una nueva ruta para el desarrollo de HCPCFS que combina robusto Pérdida ultra baja Transmisión y Modo único Entrega de haz y proporciona una nueva visión de la guía de IC

Introducción:

Debido a su Excelente desempeño como plataforma para el estudio de la física fundamental y para abordar los problemas aplicados en fotónicos, núcleo hueco Fotónica-cristal Fibras (HCPCFS) Sigue siendo el tema de una investigación intensa Desde su Propuesta teórica en 19951. Estos Los intereses son impulsados ​​por el cumplimiento de los resultados sobresalientes en la ciencia, como el átomo óptica2 y a base de gas Óptica no lineal3, y en la industria, tales como ultra-corto-pulso y rayo láser de alta energía Entrega4. Además, la física de HCPCF La guía óptica sigue siendo un tema fascinante y continuo de Investigación5.

Hoy, distinguimos dos tipos de HCPCF: Un tipo que guía VIA a fotónica bandgap (PBG) 1 y un segundo tipo que guía a través de el mecanismo de acoplamiento inhibido (IC) óptico guía6. en PBG Fibras, la luz es guiada porque la fibra microestructura Está diseñado de tal manera que no haya un modo de revestimiento en el que el modo central pueda hacer pareja. A la inversa, en fibras de IC, aunque no hay bandgap en el revestimiento Frecuencia efectiva Espacio de índice de refracción, el acoplamiento del modo central al revestimiento se inhibe fuertemente debido a una superposición espacial baja entre la distribución del campo del modo de núcleo y el modo de revestimiento, y a un desajuste fuerte entre las fases espaciales transversales de estos MODOS7. Estos Los principios proporcionaron herramientas conceptuales para introducir el contorno de núcleo del hipocloide (es decir, negativo curvatura) Concept8,9, que permitió una mejora dramática en el confinamiento de la luz de estos Fibras, como se ejemplifica por guía IC hipocicloide Core-Contorno Kagome celosía hcpcfs y un solo anillo tubular-celicia (SR-TL) HCPCFS10. Ilustraciones experimentales de la curvatura negativa Core-Contorno El impacto es la reducción en las cifras de pérdida en Kagome HC-PCFs hasta 8.5 db / km en 1030 nm11, que es considerablemente más bajo que el db / m Nivel de pérdida reportado en el primer kagome FIBRE12, y la realización de Optimized SR-TL Hcpcfs con una pérdida de transmisión tan baja como 7.7 db / km en 780 nm7 y 13.8 db / km en 539 NM13. Entre entre Las conclusiones notables de este esfuerzo son el hecho de que para las longitudes de onda más cortas que ~ 1 μM, la pérdida de transmisión ya no está limitada por el revestimiento diseño. En cambio, el inducido por la rugosidad superficial Pérdida de dispersión (SSL) es la limitación Factor. Por otro lado, para longitudes de onda más largas que ~ 1 μm, la pérdida de confinamiento (CL), y, por lo tanto, el diseño de revestimiento, sigue siendo el factor limitante del IC-HCPCF Transmisión Performance7. muy recientemente, se introdujeron nuevos diseños de revestimientos de curvatura negativa, y valores más bajos de CL que esos de kagome-hcpcfs y SR-TL Hcpcfs fueron demostrados. Se informaron cifras de pérdida de transmisión muy prometedoras, como se ejemplifican por las figuras de 2 DB / km en 1512 NM para el revestimiento tubular unido HC-PCFS14 y 0.28 db / km en 1550 nm para anulado15 Revestimiento tubular HCPCFS. La Tabla 1 resume las cifras de pérdida medida en el representante HCPCFS.

Mientras que la reciente tendencia decreciente en el IC-HCPCF Las cifras de pérdidas son notables, el desafío actual en el campo es diseñar y fabricar una guía guía Fibra que combina ultralow Pérdida, verdaderamente una solancia, y Mantenimiento de polarización Operación, especialmente en longitudes de onda mucho más corta que 1550 nm, por ejemplo, alrededor de 1 μm. A ilustrar la dificultad en combinar solo MODIZACIÓN DE SOLA y ultralow Pérdida en guía IC Fibras en ~ 1 μM, recordamos el siguiente. Hablando rigurosamente, en guía IC Fibras, Modificación de una solancia es imposible porque de la presencia ubicua de un orden superior Modos en la fibra Core. Sin embargo, uno puede acercarse a un modo verdaderamente Modo Operación Si la relación de extinción de pérdida entre el modo de pérdida más bajo (típicamente, el modo Fundamental MODE CORE) y el segundo más bajo El modo de pérdida es lo suficientemente alto. Se logró con éxito en Six-tube SR-TL Hcpcfs Gracias a la proporción adecuada entre los diámetros del tubo del núcleo y el tubo de celosía, DTUBES / DCORE, calculado para ser 0.68, que proporciona una coincidencia de índice de refracción efectiva entre los lp11-like Modos del núcleo (que generalmente es la contaminación principal Modo de orden superior en la fibra modal Contenido) y el fundamental LP01-like Modo de los tubos de celosía16,17,18. Sin embargo, los inconvenientes de este enfoque es que el CL del modo fundamental principal es considerablemente alto porque del pequeño núcleo diámetro. Para ejemplo, gao et al. Valores de pérdida medidos de aproximadamente 500 DB / km Para longitudes de onda de aproximadamente 1 μm con Six-tube SR-TL HCPCFS19. Por otro lado, la cifra de pérdida mínima reportada en la literatura cuando usando guía IC Fibras de aproximadamente 1 μm es 2.5 DB / km, que se obtuvo mediante el uso de un revestimiento tubular anidado HCPCF20. Sin embargo, la proporción entre los valores de pérdida del Fundamental y LP11, similar Los modos en fibras anidadas son típicamente más bajos que 20 DB15, que es considerablemente inferior a la relación lograda en Seis-Tube-Lattice SR-TL HCPCFS, que pueden ser más altos 30 DB18. Si bien esta relación es suficiente para lograr un modo único Operación en condiciones estáticas mediante acoplamiento de luz de entrada adecuada, se vuelve problemático para garantizar la mezcla de una solancia en condiciones donde La fibra está bajo movimiento constante y flexión. La tabla 1 resume el medido de orden superior Niveles de extinción de modo en representante HCPCFS.

Tabla 1 Resumen de las cifras de pérdida de transmisión medidas y HOM (MENOS MAYORES MODO) extinción en representante HCPCFS

mesa de tamaño completo

Aquí, presentamos el diseño y la fabricación de una novela HCPCF Estructura que combina Modo único Operación y Ultralow Cl. El diseño de revestimiento exhibe una celosía híbrida hecha de kagome y revestimiento tubular celosías. La utilización de dos clavicaciones de IC permite una disminución en CL mientras mantiene el núcleo de fibra demarcado por un tubérculo de seis tubos celosía para eficaz Modo único Operación. Como se muestra en lo siguiente, una figura de pérdida mínima de 1.6 db / km en 1050 NM se puede lograr experimentalmente utilizando esta fibra diseño. Además, el contenido modal de la fibra se mide utilizando espacialmente y espectralmente (S2) Imagen Technique21. El de orden superior Las contribuciones al modo se miden para tener una relación de extinción máxima tan baja como 47.0 DB para una fibra de 10 m de largo en acoplamiento optimizado Condiciones. Finalmente, la robustez de la fibra Modo único El carácter se verifica inspeccionando el modo de salida, mientras que la fibra se está moviendo y cambiando el acoplamiento Condiciones. Nosotros nosotros Cree que el diseño de la fibra propuesto en el presente documento proporciona una nueva avenida para obtener baja pérdida Modo único HCPCFS.

Resultados:

Diseño justificado

La Figura 1 resume la estructura de la fibra propuesta, el híbrido Kagome-tubular celosía (hkt) HCPCF, y su diseño justificación. figura 1a Muestra la fibra transversal geométrica microestructura. Está dotado de un Dos lacticidad Revestimiento. El revestimiento interno consiste en una celosía de seis tubos, que Demarks La fibra Core. El seis-tubos Lattice se elige para alcanzar eficaz Modo único Operación VIA Filtrado resonante de los lp11 MODO16,17,18. Además, este revestimiento interno se destaca por porque de la ausencia de nodos de conexión, lo que favorece la guía de IC El revestimiento externo de la HKT-HCPCF Comprende A Kagome Estructura de celosía en la que se encuentra la celosía tubular. Embedded. Como se demostrará, a continuación, la asociación de dos revestimientos de IC mejora significativamente el confinamiento de la luz en el núcleo y reduce la fibra CL expresivamente.

Nosotros nosotros Comience nuestro análisis teniendo en cuenta una versión ideal del HKT-HCPCF en el que el tubular y kagome Las celosías no están físicamente conectadas. A pesar de que la estructura ideal es poco realista, permite explorar el potencial del diseño novedoso propuesto en el presente documento para proporcionar ultralow pérdida, y profundizar nuestra comprensión de la mejora de las capacidades de confinamiento cuando Combinando dos revestimientos de IC Arquitecturas. Además, la versión ideal de la fibra actúa como pedagógica y pre-diseño Herramienta que revela los elementos de diseño más importantes y los aspectos físicos de la arquitectura de la fibra propuesta, a saber, la importancia de tener un espaciado adecuado entre los revestimientos internos y externos, el efecto del número de kagome Capas de revestimiento, y la ubicación de los canales de fuga en la estructura La presentación de un realizable versión de The HKT-HCPCF seguirá el estudio de la versión ideal de it.

El diseño de la fibra es impulsado por los principios rectores del mecanismo de guía de IC6,7. El revestimiento interno está hecho con seis tubos aislados porque Hacer así garantizar un solo modo Operación y es vacío de conectación Nodos. El revestimiento circundante se realiza utilizando otro revestimiento IC, es decir, el kagome Enrejado, para reducir el túnel Fuga. Además, el CL inducido por los nodos y las curvas afiladas en el revestimiento externo se minimiza, porque de su Distancia más grande de la fibra Core.

figura 1b Muestra las secciones De los diseños de fibra (FDS), estudiamos en este documento (LHS) y su respectiva CL simulada en función de los valores de frecuencia normalizados, F = (2T / λ) N2G-1 ----- √ (1.45). El primer diseño (FD # 1, PURPLE LINE) consiste en una chuchera 6-tube Estructura de celosía cuyo Los valores mínimos de CL son aproximadamente 1650 db / km, 20 db / km, y 3 db / km en el fundamental, de primer orden, y segundo orden Bandas de transmisión, respectivamente. El segundo diseño (FD # 2, Green Line) Reproduce un 6-tube celosía SR-TL HCPCF. Los resultados muestran que el revestimiento de los tubos suspendidos afecta al espectro CL ligeramente, con un aumento en las cifras de pérdida anterior a aproximadamente 1900 db / km, 40 db / km, y 5.5 DB / km, respectivamente. Fd # 3 (gris línea), a su vez, es una versión modificada del diseño de celosía tubular con tubos que están completamente aislados. El espaciado entre los tubos de celosía y la chaqueta de sílice se establece en 1.59 μm. En este diseño idealizado, la existencia de un espacio entre los tubos y la chaqueta afecta a los valores CL, que se encuentran más bajos que esos calculado para fd # 1 y fd # 2.

La línea azul en fig. 1b Muestra el Cl para A Kagome Lattice HCPCF, identificado como FD # 4. Para Este diseño, las cifras mínimas CL son aproximadamente 440 db / km, 50 db / km, y 30 db / km en el fundamental, de primer orden, y segundo orden Bandas de transmisión, respectivamente. Nosotros nosotros Nota para esta fibra la estructura oscilante en el espectro CL debido a las puntales de conexión o los nodos6, que pueden aumentar o disminuir localmente el CL en comparación con FD # 1 y fd # 2.

El hkt-hcpcf Proponemos que aquí se identifica en Fig. 1b como fd # 5. La línea roja en Fig. 1b Muestra el caso ideal de esta estructura. En esta situación, no hay conexión física entre el tubular y Kagome Las celosías, y el espaciado entre las celosías se establecen en 1.59 μm. Aunque Este no es un diseño de fibra factible, comunica el potencial de este diseño novedoso para lograr un CL impresionantemente bajo valores, como Bajo como 0.35 db / km, 7 × 10-5 db / km y 8.6 × 10-6 db / km para longitudes de onda dentro del Fundamental, First-Order, y Segundo orden Bandas de transmisión, respectivamente. Cabe destacar que los dos últimos valores para esta estructura ideal están muy por debajo del nivel de atenuación actual de núcleo sólido Fibras, representadas por la línea de puntos amarilla en Fig. 1b22. Además, existe una diferencia expresiva de cinco órdenes de magnitud entre el CL de FD # 5 y aquellos calculado para los otros diseños, según lo enfatizados por la flecha negra en Fig. 1b. Particularmente, una comparación entre los resultados de FD # 3 y fd # 5 Permite atribuir la reducción de CL al reemplazo de la chaqueta de sílice homogénea por el kagome microestructura.

figura 1c Muestra la evolución, con respecto al espaciado entre los revestimientos internos y externos en FD # 3 y fd # 5 (g, ver inserción de Fig. 1c), del mínimo CL en la transmisión 1ª y 2ª transmisión Los resultados para FD # 5 Mostrar fácilmente que, para una caída significativa en CL, G debe ser más grande que Un valor crítico GCR. Cuando g es variado de 0.68 a 1.51 μm, el cl gotas de 4.1 × 10-3 db / km a 3.5 × 10-4 db / km en f = 1.66 y de 1.7 × 10-4 db / km a 5.8 × 10-6 db / km en f = 2.58. El caso donde g = 0 también se muestra en Fig. 1c. Para Este caso, los valores CL son mucho más altos, tan altos como 1.7 db / km en f = 1.66 y tan alto como 2.4 db / km en f = 2.58. en estos Simulaciones, la alteración en los valores G se logra ampliando adecuadamente el kagome tono de celosía para que el diámetro del núcleo (Dcore = 35 μm), la distancia entre los tubos de revestimiento (δ = 6.5 μm), y el grosor de los tubos y Kagome celosias (ttubes = tkago = 1100 NM) se puede mantener. basado en los datos presentados en Fig. 1C, el valor G Crítico (GCR) Se encuentra que es aproximadamente 1.5 μm por alcanzar la dramática reducción en el CL en el HKT-HCPCF Diseño comparado con eso de lo habitual Kagome y fibra tubular diseños. Cabe destacar que los resultados de nuestro estudio numérico (no se muestra) Indique también que la posición azimutal del revestimiento interno en relación con el revestimiento externo afecta al cl. CL. Los resultados para FD # 3, a su vez, también enseña que el aumento de G conlleva una reducción en el Cl valores. Sin embargo, como el poder de confinamiento de la chaqueta de sílice homogénea es baja, la tendencia decreciente de los valores de CL no es tan extrema como en FD # 5.

Además, el concepto de reducción de CL al asociar dos celosías IC se puede ampliar a otras arquitecturas de revestimiento de IC, como con revestimientos internos hechos con tubos anidados o tubos conjuntos (ver Material complementario para más información Información). El CL obtenido con el tubo anidado y los recortes internos de tubo conjuntos son comparables con la de la celosía tubular, pero ellos exhibe un espectro de pérdida estructurado porque de la presencia de conectación nodos. Además, es Vale la pena mencionar que es particularmente difícil cumplir con la coincidencia de fase requerida entre los lp11 Modo Core y LP01 Modos de aire de revestimiento interno para Moda única cuando usando tubo anidado celosías. Además, extendiendo el diseño híbrido a diferentes estructuras de revestimiento externo que Las estructuras IC son una dirección plausible. Para Ejemplo, uno puede proponer una configuración diferente en la que el exterior Kagome celosía se sustituye por una PBG Revestimiento. De hecho, el concepto de la asociación de dos revestimientos para mejorar los restos de confinamiento de la luz Válido. Sin embargo, se necesita una investigación adicional si se elige este enfoque ya que Se debe tener cuidado en el diseño y la fabricación de la interfaz entre los revestimientos internos y externos, y en la elección de su respectiva estructural Dimensiones.

A Proporcionar información física sobre el aumento de la potencia de confinamiento en el HKT Revestimiento de celosía, recordamos que, en contraste con PBG Fibras, cuyo Figuras de pérdidas Monotónicamente Disminución con un número creciente de capas de revestimiento23, el Cl en Kagome Las fibras no muestran el mismo comportamiento. En su lugar, el cl de cl en Kagome Se alcanza las fibras para un número óptimo de capas, que se deriva de una compensación entre la estructura de revestimiento de la potencia de confinamiento y el crecimiento de la densidad de revestimiento de fotónica estados6. De hecho, aunque Agregar capas de revestimiento Mejora el confinamiento del modo en el núcleo, crea simultáneamente los modos de revestimiento adicionales a los que el modo central se acopla débilmente, lo que implica más Cl. Por lo tanto, el CL óptimo en Kagome Las celosías se realizan al considerar adecuadamente el compromiso entre el número de fotónica Estados en el revestimiento y el poder de confinamiento de la estructura Este La característica se investiga y se corrobora en un estudio sistemático resumido en las Figs. 2 y 3.

La figura 2 muestra el cl cuando Teniendo en cuenta un 6-tube Estructura de celosía y agregando secuencialmente el kagome Estructura alrededor de la capa de revestimiento tubular por Capa. Para Simplicidad, definimos un parámetro ξ como la proporción entre el grosor del revestimiento externo considerado en las simulaciones y el kagome revestimiento Pitch. En nuestro análisis, ξ es variado de 0 (no kagome revestimiento) a 2 (Kagome celosía compuesta por dos anillos de tubos), y los valores de CL calculados se presentan en Fig. 2a. figura 2b Muestra los valores de CL para dos valores de frecuencia normalizados representativos (F = 1.66 y F = 2.58). El efecto de agregar el kagome El revestimiento en la tasa de caída de CL es extremadamente drástica entre ξ = 0 y ξ = 0.5 y gentil para ξ > 1. en f = 1.66, el CL se calcula para ser 17.4 db / km cuando ξ = 0 y 6.5 × 10-3 db / km cuando ξ = 0.5. en f = 2.58, las cuentas de CL 1.5 db / km cuando ξ = 0 y 1.6 × 10-4 db / km cuando ξ = 0.5. Cuando ξ = 1 y ξ = 2, una disminución adicional, pero a una velocidad más lenta, se observa en el Cl valores. en f = 1.66, el CL se calcula como 1.1 × 10-3 db / km cuando ξ = 2. en f = 2.58, el CL se calcula como 1.0 × 10-5 db / km cuando ξ = 2. Aquí, es Notación digno que teniendo un kagome revestimiento formado por más que Dos anillos de tubos (es decir, teniendo ξ > 2) conlleva una disminución marginal en el CL24. en las simulaciones que se muestran en Fig. 2, el diámetro del núcleo (Dcore = 33.5 μm), la distancia entre los tubos de revestimiento (δ = 4.67 μm), la distancia entre el tubular y kagome celosias (g = 1.59 μm), el Kagome Pitch de revestimiento (19.46 μm), el parámetro de curvatura (B = 1, lo que indica arcos de límite de forma circular), y el tubo y kagome espesores de celosía (Ttubes = Tkago = 1100 NM) se mantuvieron constantes

La Figura 3 presenta los mapas de fugas transversales para diferentes ξ (los parámetros de fibra son los mismos que en Fig. 2). Los diagramas de color muestran que en F = 2.58 y para los valores representativos de ξ, el módulo del componente radial normalizado del Poyning vector, p¯¯¯¯¯¯r = re (p⃗ ⋅r ^) pr, donde P⃗ = 12e → × h * - → es el pointsting Vector (con e → y h → Representando los campos eléctricos y magnéticos, respectivamente), R ^ es el vector de la unidad radial, y pr = ∮p⃗ ⋅r ^ dl es el poder filtrado por unidad Longitud. De hecho, p¯¯¯¯¯¯¯r Se ha demostrado ser una herramienta útil para examinar la dinámica de fugas en IC Fibres7. En el material suplementario, expaciamos la relación entre p¯¯¯¯¯r y la fibra CL y proporciona una discusión adicional sobre la normalización Procedimiento. Además, nos mostramos en Fig. 3 Los valores de atenuación calculados como PRPM, donde PM es la parte real de la potencia del modo, con PM = RE (∬S∞P⃗ ⋅Z ^ DS).

consistente con los resultados publicados por Debord et Al.7, la distancia entre los tubos de revestimiento en el diseño de la fibra estudiados aquí (δ = 4.67 μm) conlleva el canal principal para la fuga de modo fundamental principal para ser la dirección a través de los tubos de celosía (en su lugar, de la dirección a través de la brecha entre el revestimiento entre los tubos; Ver los resultados para ξ = 0). Para ξ > 0, se ve esa presencia del kagome La celosía alrededor de la celosía tubular minimiza el flujo de alimentación a través de este canal de fugas de la estructura de la celosía tubular. Este La reducción de fugas aumenta con el aumento ξ Para los valores considerados Aquí. Cabe destacar que los principales canales de fugas para el kagome Enrejado son a azimutalmente Se desplaza de la dirección a través de la celosía interior Tubos. Adicionalmente, el en forma de vórtice Dinámica del componente radial del Poyning Las líneas de contorno de vector dentro de la estructura de la fibra son notables. Este El comportamiento interesante, también observado en otras obras25,26, pide una exploración adicional del flujo de energía transversal en HCPCFS.

La Figura 4 presenta el HKT Diseño de celosía Potencial para ofrecer un excelente cl y hom Niveles de extinción Entre el representante IC-HCPCF Diseños explorados en la literatura figura 4a muestra una parcela comparativa entre el CL del modo fundamental en el SR-TL HCPCF (I, línea verde), anidado (II, línea de puntos rosa), Barra directa (Iii, línea de puntos naranja), Nestad-Rat (IV, línea discontinua púrpura), tubos conjuntos (V, gris línea de puntos) y diseño híbrido propuesto en este documento (VI). Los datos representan fibras con un diámetro central de 30.5 μm y tubos de celosía con un diámetro exterior y un espesor de 22.1 μm y 1.1 μm, respectivamente. En Diseño V, los tubos en la segunda capa de anillo tienen un diámetro de 26.4 μm, y en diseños II y IV, los tubos anidados tienen un diámetro de 12.17 μm. El kagome El lanzamiento de celosía en los diseños VI y VII se establece como 18 μm. Estos Se considera que los parámetros permiten una comparación directa con los datos publicados recientemente por HABIB et Al.27.

figura 4a Muestra que los diseños de fibra II, III, IV y V permiten disminuir los valores de CL de SR-TL Hcpcfs (I) por aproximadamente dos órdenes de magnitud. Sin embargo, su Cl permanece dentro del rango de ~ 1-3 db / km, con el diseño anidado (ii) Tener el valor mínimo de 0.5 db / km Para los parámetros de la fibra considerados Aquí. En contraste, la estructura de fibra híbrida ideal (VI, RED LINE) Ofrece un dramático Cl reducción. Los valores CL caen a 7 × 10-5 db / km alrededor 1410 nm. En esta simulación, la distancia entre el tubular y Kagome Las celosías se establecieron como 2.04 μm.

Mientras que el ideal HKT-HCPCF El diseño ha suspendido los tubos de revestimiento interno (por lo tanto, no es factible), es una estructura de importantes intereses académicos para demostrar el concepto de la asociación de dos clavamentos de IC HACIA DE la reducción de la CL, así como el potencial de la HKT-HCPCF para proporcionar impresionante baja pérdida Figuras. Teniendo esto en cuenta, nos mostramos en Fig. 4 (vii, azul linea) a realizable versión del hkt-hcpcf. En este diseño de fibra, los tubos de revestimiento están conectados a los kagome celosía a través La utilización de tubos delgados. De hecho, las simulaciones muestran que los más delgados son los tubos de conexión, los valores más bajos de los CL serán. Aquí, elegimos tubos de conexión con un grosor de 640 nm (es decir, 58% de los puntales de revestimiento y tubo espesor) como un valor razonable considerando el HKT-HCPCF Fabricación. Los resultados muestran que, si bien la adición de los tubos de conexión hace que el CL aumente, el mínimo CL de 1.46 × 10-2 db / km aproximadamente 1340 nm es 36 veces más bajo que La figura CL más baja lograda con los otros diseños de fibra entre 1260 y 1400 NM-AS enfatizado por la flecha negra en Fig. 4a.

Además, evaluamos en Fig. 4b la proporción entre el CL de LP11-like Modos y el CL del modo fundamental (αlp11 / αlp01) para evaluar el potencial de los diseños de fibra para Modo único Operación. Nosotros nosotros Distinguir dos diseños Grupos: El primer grupo (I, V, VI, y VII) con αlp11 / αlp01 en el rango de 3 × 102 a 3 × 104 y el segundo grupo (II, III, y IV) con una proporción mucho menor, en el rango de 2-10. Este La diferencia se explica fácilmente por el diseño de la fibra LP11 Modo Capacidad de filtrado resonante16,17,18. Aquí, el diseño de la fibra híbrida es la única que alcanza un mejor compromiso en el Binomial Cl y Hom extinción. Teniendo en cuenta los resultados del diseño de fibra híbrida, si se supone una situación en la que 99% del poder se acopla al modo fundamental y 1% se acopla a los lp11 Modo en la entrada de fibra, un HOM Relación de extinción más alta que 40 dB se pueden estimar durante 10 m de largo FIBRA.

Fibra Fabricación y pérdida Medición:

Debido al potencial de la HKT-HCPCF Mostrar por las simulaciones, nos esforzamos por obtener una fibra de este tipo. Experimentalmente. La sección transversal de la fibra fabricada se presenta en Fig. 5a, que se obtuvo usando el stack-and-sorteo Técnica. Los tubos que forman la celosía tubular tienen un grosor de 1.27 μm y un diámetro interno de 23.0 μm. El núcleo de fibra tiene un 37.1 μm diámetro. Durante La fabricación, los tubos y los tamaños de núcleo se optimizaron para lograr DTUBES / DCORE = 0.62. Este El valor está cerca del valor óptimo de DTUBES / DCORE = 0.68, que se calcula para ser el que proporciona el acoplamiento óptimo entre los lp11 Modo guiado en el núcleo y el modo fundamental guiado en la celosía tubos18. El kagome Los puntales de celosía tienen un espesor uniforme de 720 nm, y los tubos de soporte tienen un grosor de 370 NM, ambos dentro de una variación de 50 nm (ver Fig. 5B para una vista ampliada del tubo de soporte Región). En la etapa de desarrollo actual, las longitudes de fibra fabricadas son típicamente entre 100 y 200 m.

figura 5c Presenta la pérdida de la HKT-HCPCF (azul curva), que se midió a partir de una medición de recorte con fibra de 120 y 4 m de largo. Un valor mínimo de pérdidas de 1.6 ± 0.4 db / km fue medido en 1050 nm. Además, el CL y TL simulado (Total Pérdida) del modo fundamental (verde curva punteada para la CL y la curva punteada roja para el TL) TL) y el tl del representante hom (a saber, el lp11-like y lp21-like modos-púrpura y líneas de puntos rosa, respectivamente) se muestran en Fig. 5c. Aquí, vale la pena aclarar que los valores de CL se calcularon considerando la sección transversal de fibra real. A su vez, el TL se calculó utilizando TL = CL + SSL, DONDE SSL es la pérdida de dispersión de la superficie, que se estimó mediante el uso de SSL = ηFCC (λ0λ) 3, donde η es una constante vinculada a la altura de la rugosidad de la superficie, FCC es la superposición del modo central con el contorno de núcleo, y λ0 es una constante que permite calibrar el SSL Fórmula28 (en Fig. 5c, η 0.25 × 10-2 y λ0 = 1700 NM). Se observa un buen acuerdo entre la TL simulada del modo fundamental y el medido experimentalmente Pérdida. El hom Se encuentra que la pérdida es aproximadamente dos órdenes de magnitud más altas que La pérdida del modo fundamental, en buen acuerdo con las pérdidas predichas (ver Fig. 4b).

Medición de contenido modal y caracterización adicional Resultados:

S2 Mediciones21 Se realizaron para tener en cuenta cuantitativamente el contenido modal de la fibra. Figura 6A Muestra el S2 rastrear por 10 m de largo HKT-HCPCF. Este último muestra que no hay contribución de los lp11 Se detectó modo (que muestra que el 6-tube Tubular-Lattice Diseño de fibra se filtró TI). Una contribución de un LP21: LP21 Modo fue detectado con un MPI MPI (Multipath Interferencia) Valor tan bajo como -47.0 db. Tabla 1 muestra el HOM Valores de supresión contabilizados por el S2 Mediciones en el IC-HCPCFS. Los valores reportados para el tubo tubular, anidado y los diseños de tubos conjuntos varían de 27 a 22.4 DB para fibras con longitudes entre 10 y 15 m. El hkt-hcpcf En este documento, por lo tanto, se informa, permite obtener una mejora efectiva Modo único Operación en IC-HCPCFS.

A Mostrar la fibra Modo único Operación Robustez, realizamos S2 Mediciones aplicando un desplazamiento en la posición de la fibra de entrada en relación con el rayo láser (para una fibra con una longitud de 10 m). El mpi Valores para el LP21 El modo se trazan en Fig. 6b en función de la compensación de fibra de entrada (El desplazamiento cero representa la luz óptima transmisión). Se observa que cuando La eficiencia de acoplamiento a la LP21 El modo crece a medida que el desplazamiento de fibra de entrada se hace más grande, el MPI Valores para el LP21 Aumento de modo de -47.0 a -24.7 db cuando El desplazamiento de la fibra de entrada aumenta de 0 a 10 μm. Cabe destacar que incluso para este gran compensado en la posición de entrada de fibra, el HOM Las contribuciones tienen un máximo MPI Valor de -24.7 DB en la propuesta HKT-HCPCF y que no lp11 Se puede observar la contribución. Además, Fig. 6c presenta una medición típica m2 (realizado en 1030 nm usando el iso estándar, metrolux lpm 200) para el HKT-HCPCF. Los valores M2 se midieron para ser 1.01 y 1.02 para los x-ejes y ejes y, respectivamente. Además, la fibra por fue probado. Se midió un valor máximo de 21 dB para una fibra de 10 m de largo en 1030 nm. Además, la pérdida de la doble de la fibra se caracterizó. Las medidas mostraron que en 1100 NM, los valores de pérdida de curva fueron aproximadamente 0.06 db / turno cuando El radio de curvatura era de 20 cm.

Finalmente, la robustez de la fibra Modo único Operación Contra La desalineación del rayo láser con el núcleo de la fibra se probó examinando el campo reconstruido Perfil bajo diferente acoplamiento Condiciones. A Haz esto, usamos un láser en 1064 NM y midió la potencia y la salida cerca del perfil de campo, ya que la posición de la fibra de entrada se escaneó a lo largo de los ejes horizontales y verticales. El escaneo se extiende 10 μm A lo largo de ambos ejes, es decir, Δx = ΔY = ± 5 μm. El origen corresponde a la potencia de salida máxima, medida para ser 90% de la entrada Potencia. Para Cada desplazamiento, la potencia de salida de la fibra y campo cercano Se registraron el perfil. FIGURA 7A Muestra un mapa de color de la distribución de energía normalizada, con el selecto casi campo Perfiles que se muestran en las insatas (a lo largo del eje horizontal, a lo largo del eje vertical y en las posiciones extremas). Se muestra que sobre el 10 × 10 μm2 área, el campo cercano El perfil se mantuvo firmental, y el poder transmitido se mantuvo más alto que 60% de lo máximo. Es Worthnoting que el mapa de color no es perfectamente simétrico debido al acoplamiento de luz imperfecto en la entrada Entrada.

como indicadores adicionales de la fibra efectiva Modo único Operación, investigamos en Fig. 7 El efecto de los HOM Contribución al ancho completo al medio máximo (FWHM) y la posición del centroide de la salida haz. figura 7b Muestra los perfiles de modo de intensidad calculados, dominados por el modo fundamental, cuando asumiendo diferentes contribuciones de intensidad de los lp11 y lp21 Modos al contenido modal (a saber, 40, 30 y 20 DB). Las parcelas en Fig. 7b Presente los perfiles de intensidad a lo largo del eje horizontal para los casos mencionados anteriormente (Las áreas sombreadas representan el perfil de intensidad del modo Fundamental MODE). El efecto más pronunciado de agregar el LP11 El modo al contenido modal de la fibra está cambiando la viga Centroide. Por otro lado, el efecto más notable de incluir el LP21 El modo en el contenido modal de la fibra está cambiando la viga FWHM. Estos Las observaciones se pueden verificar en Fig. 7c, donde el normalizado FWHM (FWHM / FHWM0, DONDE FWHM0 es el ancho completo al medio máximo del modo Fundamental MODE) y el cambio de centroides normalizado por el fhwm0 (Δd / fhwm0) de las vigas se trazan en función del ham Contribución al contenido modal Los resultados muestran que el LP11 y lp21 Las contribuciones correspondientes a una extinción de potencia de 30 dB llevados a un ~ 5% Cambio relativo en el FWHM y Centroid Posición. figura 7d Presenta gráficos de la FWHM normalizada y la variación del centroide de la viga de salida como el HKT-HCPCF La posición de entrada se escaneó a lo largo del eje X (y = 0 en Fig. 7a). Los resultados muestran el medido FWHM / FHWM0 y Δd / fhwm0 ser menos que 0.5% y menos que 0.2%, respectivamente, sobre todo el escaneo rango. Además, la figura muestra el HOM Contribución al FWHM / FHWM0 y Δd / fhwm0 Variaciones para diferentes LP11 y lp21 Combinaciones modales (Funciones Horizontal Líneas). Los resultados muestran que, independientemente de los lp11 y lp21 combinación, el hom La contribución al contenido modal se mantuvo menos que 30 dB sobre todo escaneado Área. Finalmente, es notable que este rango en el FWHM / FHWM0 y Δd / fhwm0 La variación no se incrementa cuando La fibra fue enrollada y sacudida Durante el Grabación.

Discusión:

Los resultados informados en este documento demuestran que la asociación de dos clavamentos de IC puede reducir significativamente el contenido CL y modal en HCPCFS. Específicamente, utilizamos un revestimiento interno con seis anillos de tubo suspendidos para garantizar un modo único Operación por Resonantemente Filtrando la pérdida más baja Hom y un revestimiento exterior con un kagome Enrejado para Cl Mejora. Los resultados muestran que cuando rodeamos los tubos internos con un kagome celosía sin permitir ellas Tocar (es decir, usar el Ideal HKT-HCPCF), una caída en CL en 5 órdenes de magnitud en relación con un tubular típico o Kagome revestimiento HCPCF y al más representativo reportado HCPCF Se pueden lograr diseños alternativos (A Mínimo de 8.6 × 10-6 DB / km se obtuvo con la fibra explorada parámetros). Cuando Teniendo en cuenta el realizable versión de The HKT-HCPCF Diseño, las simulaciones revelaron que una figura de pérdida mínima de 1.42 × 10-2 db / km aproximadamente 1340 Se puede lograr NM.

Al hacer uso de este concepto, desarrollamos y fabricamos un revestimiento híbrido IC-HCPCF por el cual Las capas de revestimiento interno y externo están conectadas VIA Tubos más pequeños y delgados para mantener el espectro modal de revestimiento de fibra lo más cerca posible del revestimiento ideal diseño. La caracterización experimental de la fibra mostró una pérdida mínima de 1.6 db / km en 1050 NM, que es la cifra de pérdida más baja obtenida en ~ 1 μm con HCPCFS, y una relación de extinción máxima de -47.0 db para el de orden superior Modos medidos en un S2 Medición con una fibra de 10 m de largo, que es la relación de extinción más alta reportada en HCPCFS. Nosotros nosotros encontró que el Modo Modo La operación de la fibra reportada es muy resistente en comparación Movimiento de fibra y rayo láser desalineación. Este La propiedad es particularmente importante para la entrega de rayos láser de alta potencia en laser Micromachining Aplicaciones.

Mejoras a la corriente HKT-HCPCF para lograr una menor transmisión debería Considere lograr un mejor control de las formas y tamaños de los tubos de conexión entre el tubular y Kagome celosías Durante La fibra Draw. Si Se puede obtener un mejor control de este aspecto, una reducción de la pérdida de transmisión por más que Se espera un orden de magnitud. Además, modificaciones adicionales al diseño de la fibra, como reemplazar algunos de los seis tubos con otros Exponer diferentes poderes de confinamiento, permitirá la exploración de su potencial como un mantenimiento de polarización Guía de onda. Los resultados actuales contribuirán a los esfuerzos mundiales para explorar IC-HCPCFS como candidatos para siguiente-generación Long-Haul Las fibras ópticas, y profundizarán nuestro conocimiento de los mecanismos de orientación en estos Fibras.

Materiales y métodos

fabricación de fibra

El hkt-hcpcf se obtuvo usando el stack-and-sorteo Técnica en un proceso de dos pasos El primer paso implica el ensamblaje de preformas y la caña Dibujo. El segundo paso implica dibujar los bastones a la fibra Dimensiones. Durante El procedimiento de dibujo de la fibra, independiente presurisation se aplicó a los kagome Lattice, celosía tubular y regiones básicas para alcanzar los tamaños geométricos requeridos.

medida de recorte

En las mediciones de recorte, luz de A Supercontinuum La fuente de luz se acopló a la fibra, y un analizador de espectro óptico medió la señal transmitida. Para Cada longitud de fibra (120 y 4 m), el espectro transmitido se midió para tres escisiones independientes de fibra.

S 2 medición

El S2 Configuración de medición abarcó a sintable láser con un rango de longitud de onda entre 1030 y 1070 NM (10 PM Resolución) y una cámara con su rutina de adquisición de imágenes controlada por una computadora. Los perfiles de modo y los correspondientes Multipath Se calcularon valores de interferencia a partir de imágenes de salida de fibra adquiridas Durante longitud de onda láser Sweeping21. antes del S2 Mediciones, la transmisión de la fibra se optimizó para obtener la potencia máxima transmitida. El mpi Valores mostrados en Fig. 6b se obtuvieron de S2 Mediciones realizadas al compensar la entrada de fibra de su posición óptima.

Por medición

en el por Mediciones, luz de un láser emitiendo en 1030 NM se lanzó en el núcleo de fibra, y la potencia óptica emergiendo de los puertos de un divisor de haz de polarización se midió.

Disponibilidad de datos

Los datos que admiten los hallazgos de este estudio están disponibles en el autor correspondiente ON Razonable Solicitud.