CC BY
4ВКВО-202 3 СТЕНДОВЫЕ
КИРАЛЬНЫЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА С ПОЛОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ, ОБРАЗОВАННОЙ КАПИЛЛЯРОМ ИЗ ГЕРМАНОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА
Бурдин А.В. 12'3'4*, Дашков М.В. 2, Демидов В.В. 1, Дукельский К.В. 13'5, Тер-Нерсесянц Е.В. 1, Буреев С.И. 1, Гизатулин А.Р. 6, Дъявангоудар А.А. 7, Евтушенко А.С. 2, Зайцева Е.С. 2, Кашин А.И. 1, Мешков И.К. 6, Пчелкин Г.А. 13, Сахариа А. 7, Тивари М. 7, Хохлов А.В. 1, Шурупов Д.Н. 1
1 АО «Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова»), г. Санкт-Петербург
2 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара 3 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
(СПбГУТ), г. Санкт-Петербург 4 ООО «ОптоФайбер Лаб», г. Москва, ИЦ Сколково
5 Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург 6 Уфимский университет науки и технологий, г. Уфа 7 Манипал Юниверсити Джайпур, Джайпур, Индия *E-mail: bourdine@yandex.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-408-409
На сегодняшний день опубликовано достаточно большое количество работ, посвященных моделированию оптических волокон (ОВ) для генерации и передачи орбитальных угловых моментов (ОАМ). Среди прочих решений, к наиболее перспективным волоконно-оптическим структурам с рекордно высоким, согласно представленным результатам расчетов, числом мод OAM относятся микроструктурированные оптические волокна (MOF - Microstructured Optical Fibers) с полой сердцевиной, образованной кварцевым капилляром с легирующими добавками, обеспечивающими существенную разность показателей преломления в «кольце», сформированном допированными слоями, относительно опорного кварцевого стекла - так называемые Hollow Core Ring (HRC) MOFs. Это, в частности, MOF с HRC из сульфида мышьяка (As2S3), формирующее и поддерживающее распространение 1346 ОАМ-мод на оптической несущей А=1550 нм и 1004 моды во всём «телекоммуникационном» (O+E+S+C+L) спектральном диапазоне длин волн [1]. Также известны теоретически верифицированные модели MOF с включением фосфатных HRC [2], а также HRC из «марочных» кварцевых стекол - например, Shott FBG1 [3], OHARA LASF09 [4] и др.
Тем не менее, практическая реализация данных HRC MOFs с помощью штатного производственного оборудования невозможна уже на этапе перетяжки сборки MOF в предволокно из-за существенной разницы температур плавления кварцевого стекла, фактически формирующего структуру ОВ, и легированного соответствующими добавками стекла HRC. По этой причине, в отличие от теоретических исследований [1 - 4 и др.], известно достаточно ограниченное число работ с описанием решений по моделированию и при этом практической реализации ОАМ волокон с экспериментальной верификацией. Фактически, это цикл публикаций одной и той же группы авторов, успешно изготовивших опытные образцы GeO2-легированных HRC MOF, поддерживающих до 28 ОАМ-мод [5].
Одновременно киральные MOF (MOF с наведенной закруткой) позиционируются как перспективные структуры для реализации не только различных волоконно-оптических элементов и устройств [6], но и направляющих систем для передачи ОАМ-мод как по результатам теоретических [7, 8], так и экспериментальных исследований [9, 10].
Таким образом, было сделано предположение, что объединение двух базовых волоконно-оптических структур - HRC MOF и MOF с наведенной закруткой - является перспективным, с точки зрения создания нового класса волоконных световодов с новыми уникальными волноводными свойствами, в том числе и с точки зрения потенциального «усиления» эффективности формирования и трансляции ОАМ-мод.
В работе представлены результаты исследования характеристик впервые изготовленных опытных образцов кварцевых MOF с полой сердцевиной, представляющей собой габаритный капилляр с внутренним диаметром ~25 мкм из кварцевого стекла, легированного GeO2 в концентрации ~20 мол.%, толщиной стенок 0.85 мкм с высокой степенью наведенной киральности 790 оборотов/метр (об/м), размещенными в периферийной части микрокапиллярами и внешним диаметром 67 мкм, проведено сопоставление с параметрами MOF, вытянутого из этой же преформы,
ВКВО-2023- СТЕНДОВЫЕ
но без закрутки (Рис. 1). В частности, результатов измерения профилей пучка лазерного излучения в дальнем поле при прохождении опытных образцов описанных MOF длиной ~1 м для различных комбинаций источников оптического излучения и вводе сигнала через многомодовое ОВ 50/125 с зазором для обеспечения равномерной засветки торца MOF (Рис. 2). Здесь, в отличие от HRC MOF без закрутки, формирующего традиционные спеклы, характерные для много- и маломодовых режимов, при прохождении оптического излучения на длине волны 1550 нм, на выходе MOF с полой сердцевиной и закруткой 790 об/м было зарегистрировано характерное для ОАМ кольцевое распределение суперпозиции полей мод, несмотря на определенные отклонения геометрии изготовленных образцов MOF от оптимальной модельной формы. Данный факт подтверждает эффект существенного влияния киральности волоконного световода на процессы взаимодействия и смешения модовых составляющих распространяющегося оптического излучения.
SfiftS34Ï.-»; 'Г'
J, - ' 'Щ^ъ.
* ■ ЯЗ& л. м
Ж, « ^ ? - /
'-■ i ^^^ * ta'V'w ,
* ' - * Ss^V'*
(а)
Рис. 1. GeO2-HRC MOF: (а) сборка; (б) предволокно; (в) GeO2-HRC MOF без закрутки; (г) GeO2-HRC MOF с наведенной закруткой 790 об/м
(а) (б) (в) (г)
Рис. 2. Результаты измерения на профиля пучка лазерного излучения в дальнем поле на выходе GeO2-HRC
MOF, ввод сигнала через многомодовое ОВ 50/125 c воздушным зазором для обеспечения равномерной засветки торца MOF: (а) HRC MOF без закрутки, «красный» лазер Х=650 нм; (б) HRC MOF без закрутки, BLD источник излучения (лазерный диод с ВРБ) Я=1550 нм; (в) HRC MOF с закруткой 790 об/м, «красный» лазер Я=650 нм; (г) HRC MOF с закруткой 790 об/м, BLD лазер Х=1550 нм
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, DST, NSFC и NRF в рамках научного проекта № 19-57-80016 БРИКС_т.
Литература
1. Wang Yi. et al., IEEE Access 8, 68280 - 68287 (2020)
2. Huang Sh.-H. et al., Applied Physics B. Lasers and Optics 125, 197-1 - 197-8 (2019)
3. Ma Q. et ql., IEEE Journal of Lightwave Technology 39(9), 2971 - 2979 (2021)
4. Fu H. et al., Journal of Optics 52(1), 307 - 316 (2023)
5. Gregg P. et al., Nature Communications 10, 4707-1 - 4707-8 (2019)
6. Wong G. K. L. et al. Philosophical Transactions of The Royal Society A. Mathematical Physical and Engineering Sciences 375(2087), 20150440-1 - 20150440-18 (2017)
7. Cui Y. et al. Optics Express 27(15), 20816 - 20823 (2019)
8. Vigneswaran Dh. et al. Optical and Quantum Electronics 53, 78-1 - 78-11 (2021)
9. Fu C. et al. Optics Letters 43(8), 1786 - 1789 (2018)
10. Zhou G. et al. Optics Express 28(14), 21110 - 221119 (2020)
