CC BY
25вкво-2019 -- вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
ФЕМТОСЕКУНДНАЯ ЗАПИСЬ МАССИВОВ ВБР В 7-СЕРДЦЕВИННЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ДЛЯ СЕНСОРНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ
Вольф А.А.1'2, Бронников К.А.12, Якушин С.С.2, Достовалов А.В.12, Журавлев С.Г.3, Салганский М.Ю.4, Егорова О.Н.5, Семёнов С.Л.3, Бабин С.А.1'2
1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск 3Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва 4Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород 5 Институт общей физики им. А М. Прохорова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16079
Селекция сердцевины при записи волоконных брэгговских решеток (ВБР) в многосердцевинных волоконных световодах (МВС) имеет актуальность для таких прикладных задач как: устройства раодифотоники [1], волоконные лазеры [2], датчики измерения физического воздействия [3]. Наиболее ярко преимущества записи ВБР в МВС проявляются при создании векторных изгибных датчиков, которые делают возможным восстановление формы волоконного световода в 3-мерном пространстве [4]. Такие датчики находят применение в диагностике конструкций, робототехнике и малоинвазивной хирургии [5].
При использовании стандартных интерференционных схем записи ВБР область модификации показателя преломления не может быть локализована в выбранной сердцевине, либо процедура селекции сердцевины связана со значительным усложнением схемы эксперимента [1]. Данное ограничение может быть преодолено при использовании метода прямой поточечной записи ВБР с помощью фемтосекундных лазерных импульсов ИК диапазона [6]. В данном случае механизм поглощения лазерного излучения носит нелинейный характер, вследствие чего взаимодействие излучения с материалом происходит исключительно вблизи фокальной области пучка, что позволяет локальность область модификации показателя преломления. Точное позиционирование области модификации показателя преломления в продольном и поперечном сечении МВС дает возможность записывать ВБР с требуемыми параметрами (продольное и поперечное расположение, длина структуры, резонансная длина волны, коэффициент отражения) в выбранных сердцевинах.
В данной работе приводятся результаты по созданию массивов, состоящих из 24 однородных ВБР записанных в 7-сердцевинном ВС с полиимидным защитным покрытием, изготовленным в НЦВО РАН (г. Москва). Запись массивов осуществлялась с помощью фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 1026 нм и длительностью 230 фс. Импульсы фокусировались в выбранную сердцевину МВС с помощью высокоапертурного микрообъектива. Геометрия созданного массива приведена на Рис. 1а, геометрия МВС на Рис. 1б. В каждой из задействованных сердцевин ВБР имели длину 2 мм и были разделены в продольном направлении на AL1 = 5 мм или AL2 = 14 мм. Выбор резонансной длины волны для каждой отдельной ВБР в сердцевине делал возможным их спектральное разделение при опросе. Мониторинг спектральных характеристик массива производился с помощью многоканального интеррогатора и специализированного устройства ввода-вывода. Для измерения радиуса кривизны при изгибной деформации использовался подход, предложенный в работе [4]. Примеры восстановленных форм изгиба МВС представлены на Рис. 1в-г.
Полиамидное защитное покрытие делает возможным использование массива ВБР при высоких температурах (до 300 °C) и прямом механическом воздействии, поскольку полиимид имеет более высокую твердость по сравнению со стандартным акрилатом, а также высокую адгезию со стеклянной поверхностью оболочки волоконного световода. Данное преимущество может быть использовано при создании высокотемпературных датчиков деформации для медицинских применений, где на этапе проведения стерилизации изделие со встроенным датчиком подвергается длительному высокотемпературному воздействию. Относительно малый диаметр МВС облегчают встраивание волоконно-оптического датчика на основе МВС в различные конструкции, например, «умный» композитный материал. Всё это расширяет область применения волоконно-оптических датчиков на основе МВС, а также открывает перспективы для создания нового поколения многопараметрических датчиков.
158 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
(а)
Рис. 1. (а) Схема расположения ВБР в 7-сердцевинном ВС с полиимидным защитным покрытием, (б) геометрия 7-сердцевинного ВС, (в)-(г)результат восстановления формы изгиба МВС (синий) в
сравнении с реальной
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования (грант 14.Y26.31.0017). Авторы выражают благодарность Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) за вытяжку многосердцевинного волоконного световода с полиимидным покрытием.
Литература
1. Gasulla I., et al, Sci. Rep. 7, 41727 (2017)
2. SkvortsovM. I, et al, Opt. Lett. 44, 295 (2019)
3. Van Newkirk A., et al, IEEE Photonics Technol. Lett. 27, 1523-1526 (2015)
4. Moore J. P. and Rogge M. D, Opt. Express 20, 2967 (2012)
5. Burgner-Kahrs J., et al, IEEE Trans. Robot. 31, 1261-1280 (2015)
6. Martinez A., et al, Electron. Lett. 40, 1170 (2004)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
