CC BY
3ВКВО-2023- ВОЛОКНО
КВАРЦЕВЫЕ МНОГОСЕРДЦЕВИННЫЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
С НАВЕДЕННОЙ ЗАКРУТКОЙ
12 3 4 2 1 135
Бурдин А.В. ' ' ' , Дашков М.В. , Демидов В.В. , Дукельский К.В. ' ' ,
1 1 2 2 1 Тер-Нерсесянц Е.В. , Буреев С.И. , Евтушенко А.С. , Зайцева Е.С. , Кашин А.И. ,
13 1 1
Пчелкин Г.А. ' *, Хохлов А.В. , Шурупов Д.Н.
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 *E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-178-179
В работе представлены результаты исследования характеристик и параметров передачи изготовленных опытных образцов кварцевых маломодовых микроструктурированных оптических волокон (МСОВ) с 6 сердцевинами c градиентным и ступенчатым профилями показателя преломления и наведенной киральностью 50, 100, 400 и 500 об/м и внешним «телекоммуникационным» диаметром 125 мкм на основе сборок с включением опорных конструктивных элементов, легированных диоксидом германия GeO2 (Рис. 1). Было предположено, что применение вариации показателя преломления в центральной части структуры поперечного сечения маломодового МСОВ должно стать дополнительным фактором для увеличения оптической активности излучения совместно с наведением киральности при условии распространения строго ограниченного количества модовых компонент. Таким образом, было предложено ввести в конструкцию МСОВ дополнительную степень свободы - вариацию показателя преломления в пространственной области, примыкающей к оси маломодового МСОВ. В этом смысле, наиболее доступным способом для практической реализации такого эффекта является использование в составе преформы ОВ опорных конструктивных элементов из кварцевого стекла, легированного диоксидом германия (GeO2).
(а) (б) (в) (г) (д) (е)
Рис. 1. Серия опытных образцов кварцевых 6-сердцевинных МСОВ с разной степенью киральности: (а)... (г) с градиентным профилем показателя преломления и наведенной закруткой 50,100, 400 и 500 об/м; (д), (е) со ступенчатым профилем и закруткой 470 и 570 об/м
В результате создаваемая волоконно-оптическая структура представляла собой оптический элемент с 6 сердцевинами, равноудаленными от оси оптического волока. Рассматривались два варианта распределения показателя преломления по сечению «сердцевины» - ступенчатое и градиентное. Соответственно, реализация описанной конструкции потребовала наличие исходной заготовки-стержня на основе кварцевого стекла, легированного GeO2, с заданным радиальным распределением показателя преломления для последующего вытягивания из нее элементов сердцевины преформы МСОВ.
Опорные конструктивные элементы первого типа - заготовки-стержни на основе безгидроксильного кварцевого стекла (аналог Heraus Suprasil F300, OHARA SK-1310), легированного GeO2, с градиентным профилем показателя преломления - представляли собой полученную методом внутреннего плазмохимического осаждения (PCVD) в лабораториях зарубежного производителя заготовку-стержень с кастомизированным (непараболическим, специальным) хорошо сглаженным градиентным профилем показателя преломления без характерного технологического дефекта -габаритного центрального провала с максимальной разностью значений показателя преломления
ВКВ0-2023- ВОЛОКНО
0.0246 и содержанием GeO2 в кварцевом стекле 16.8 мол.%. Остальные опорные элементы МСОВ -микростержни, капилляры и внешняя опорная труба, а также второй тип заготовок германосиликатных сердцевин со ступенчатым профилем показателя преломления изготавливались с применением доступных опорных труб из кварцевого стекла с высоким (более 1000 ppm) содержанием гидроксильных групп (аналог Heraeus Suprasil Standard, Saint-Gobain Spectrosil A/B, Corning HPFS 7980, JGS1, Dynasil 1100 / Dynasil 4100, КУ-1 (ГОСТ 15130-86)). При этом профиль показателя преломления заготовок-стержней второй группы, реализуемых с помощью MCVD-метода, содержал характерный технологический дефект в виде габаритного провала в центре стержня, а также «замытые» фронты / переходы ступенчатой формы, и далее рассматривался как квази-ступенчатый с максимальной разностью значений показателя преломления 0.0300 и содержанием GeO2 в кварцевом стекле 20.5 мол.%.
Рис. 2. Спектральные отклики оптического сигнала широкополосного когерентного источника оптического излучения на выходе киральных 6-сердцевинных МСОВ: (а) градиентный профиль, закрутка 100 об/м; (б) градиентный профиль, закрутка 500 об/м; (в) ступенчатый профиль, закрутка 570 об/м
Сопоставление измеренных спектральных откликов оптического сигнала, генерируемого широкополосным когерентным источником оптического излучения, при возбуждении опытных образцов МСОВ с 6 сердцевинами с градиентным и ступенчатым профилями показателя преломления и наведенной слабой и сильной закруткой, показало устранение пиков поглощения ОН, характерных для присутствия в световедущей направляющей системе гидроксильных групп, в случае градиентного 6-сердцевинного МСОВ с закруткой 500 об/м, что свидетельствует о подтверждении гипотезы «стягивания» поля моды к центру сердцевины из периферийной его части при усилении степени киральности ОВ (Рис. 2).
(а) (б) (в) (г) (д) (е)
Рис. 3. Результаты измерения профиля пучка лазера в дальнем поле на выходе 6-сердцевинного градиентного МСОВ с закруткой 100 об/м при различных комбинациях интенсивности BLD-источника и расстоянии выходного торца МСОВ от объектива Ш-камеры: (а) малая интенсивность, 0 мкм; (б) средняя, 0 мкм; (в) максимальная, 0 мкм; (г) средняя, 20 мкм; (д) средняя, 40 мкм; (е) средняя, 70 мкм
Проведены измерения профилей пучка лазера в дальнем поле при прохождении опытных образцов описанных МСОВ длиной 5 м для различных комбинаций источников оптического излучения и условий ввода / вывода сигнала. Некоторые результаты экспериментальных исследований, полученные для узкополосного лазера с решеткой Брэгга (ВЬБ-источник, длина волны А,=1550 нм), подключенного к градиентному 6-сердцевинному МСОВ через одномодовое ОВ с зазором 200 мкм, обеспечивающим равномерную засветку торца МСОВ, при различных комбинациях интенсивности излучения и расстояния выходного торца МСОВ от объектива 1Я-камеры приведены на Рис. 3.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, DST, NSFC и КИБ в рамках научного проекта № 19-57-80016 БРИКС_т.
