CC BY
13ВКВ0-2023 СТЕНДОВЫЕ
ИЗМЕРЕНИЕ КЛЮЧЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЗОВАННОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
Паньков А.С. *, Жуков Л.О. , Пономарев Р.С.
1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-494-495
Одной из основных проблем интегральной оптики является проблема неразрывного соединения волоконных световодов (ВС) и волноводов фотонной интегральной схемы, которые имеют характерный диаметр в несколько раз меньше, чем сердцевина стандартного одномодового оптического волокна. Эффективным решением задачи минимизации оптических потерь при стыковке этих оптических элементов является использование линзованных волоконных световодов (ЛВС) -оптических компонентов, представляющих собой волоконный световод, на торце которого сформирована микролинза [1]. В отличие от плоско сколотых ВС, имеющих на выходе расходящийся пучок света, на выходе из ЛВС свет фокусируется на конечном расстоянии, собираясь в пучок [2]. Для корректного использования ЛВС необходимо паспортизовать их параметры. В настоящей работе описаны методы измерения и оценки ключевых характеристик ЛВС: фокусное расстояние, диаметр поля моды в точке фокуса, коэффициент поляризационного затухания для ЛВС с сохранением поляризации излучения.
ИЗМЕРЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ
Линза на торце ВС преобразует гауссов пучок в сходящийся, в результате чего можно наблюдать его перетяжку на некотором конечном расстоянии, зависящем от геометрии ЛВС. Это фокусное расстояние может быть определено с помощью интерферометра Фабри-Перо, в котором выходящий из волокна пучок света отражается от зеркала и возвращается в волокно, испытывая при этом интерференцию [3].
Излучение от лазерного источника с длиной волны 1550 нм проходит через оптический циркулятор и преобразовывается линзованным волокном. Затем излучение направляется на зеркальную поверхность, отражаясь от нее, возвращается обратно в волокно. При этом между лучами, отражёнными от внутренней поверхности ЛВС и лучами, прошедшими путь «волокно-зеркало-волокно» происходит интерференция. Возвращённая мощность зависит от длины полости Фабри-Перо, т.е. расстояния между волоконной линзой и зеркалом, изменение которого варьируется с помощью микропозиционера (Рис. 1).
Источник излучения
Оптический циркулятор
Зеркало
Измеритель мощности
I
Микропозиционер
Камера
Рис. 1. Схема для измерения фокусного расстояния ИЗМЕРЕНИЕ ДИАМЕТРА ПОЛЯ МОДЫ
Диаметр поля моды (ДПМ) одномодового ВС характеризует часть оптического волокна, где передается большая часть энергии оптического излучения. Аналитически ДПМ описывается, как расстояние между двумя точками распределения поля фундаментальной моды в ВС, в которых поле убывает в е2 раз. ДПМ волоконной линзы определяется в области сфокусированного пучка, которая расположена на фокусном расстоянии от края линзы.
Метод инфракрасной камеры в ближнем поле помогает определить размер ДПМ: волоконная линза, закрепленная в оснастке и подключенная к источнику излучения с длиной волны 1550 нм располагается на фокусном расстоянии относительно объектива инфракрасной камеры. Юстировка
ВКВ0-2023- СТЕНДОВЫЕ
оснастки с закрепленной волоконной линзой относительно инфракрасной камеры происходит с помощью микропозиционера. Размер модового поля линзованного волокна определяется в результате обработки изображения, полученного с помощью матрицы инфракрасной камеры, при фиксированных параметрах съемки. Параметры съемки, такие как время экспозиции и контраст, определяются относительно изображения пятна одномодового волоконного световода. Изображение разбивается на пиксели, где каждый пиксель составляет размер 0,5^0,5 мкм. Размер пикселя рассчитан с учетом размера пикселя самой матрицы инфракрасной камеры и используемого во время съемки объектива (Рис. 2).
Источник излучения
Инфракрасная Компьютер с ПО камера
Микропозиционер
Рис. 2. Схема для измерения диаметра поля моды
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ЗАТУХАНИЯ
Коэффициент поляризационного затухания измерялся с помощью экстинометра. Данные измерения проводятся для ЛВС с сохранением поляризации излучения. Первоначально производилось измерение поляризации излучения на входе в линзованное волокно (Рис. 3), затем на выходе из линзы (Рис. 4).
flCIWHUK
поляризованного излучения
Оптический
вход
(разъем)
Выходное волокно источника (Panda)
Fiberpro £RM 2200
Рис. 3. Схема для измерения коэффициента поляризационной экстинкции при вводе излучения в волокно
Источник
Оптический вход
поляризованного (разъем) излучения
Адаптер
оголенного
волокна
Panda 125
Panda 80
-К-
Сварка волокон (Fujikura FSM-100P) Линз'а
Рис. 4. Схема для измерения коэффициента поляризационной экстинкции при выводе излучения из линзы
В настоящей работе рассмотрены методы измерения ключевых характеристик ЛВС, которые используются для их описания и корректного использования в стыковке с фотонными интегральными схемами. Используемые методы измерения могут быть применены для сравнительного анализа качества изготавливаемых линзованных волокон, для формирования рекомендаций по усовершенствованию методов их производства.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации тема № 121101300016-2.
Литература
1. Lin C.-H, et al, Optics Express. 20, 24480-24485 (2017)
2. Tsai Y.-C., et al Journal of Micromechanics andMicroengineering. 5, 1-7 (2008)
3. Li E., Optics letters. 2, 169-171 (2006)
