CC BY
9НАВЕДЁННОЕ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ В ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ РЕШЁТКАХ ПРИ РАЗНЫХ МЕТОДАХ ЗАПИСИ
ИЗЛУЧЕНИЕМ ФЕМТОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
*
Базакуца А.П. , Шикин А.С., Пржиялковский Д.В., Бутов О.В.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-265-266
Волоконные брэгговские решётки (ВБР) широко используются в волоконно-оптической связи, сенсорике и лазерной технике. Различают ВБР, записанные ультрафиолетовым излучением (УФ ВБР) и брэгговские решётки, изготовленные методами направленной записи с помощью излучения фемтосекундной длительности (далее фемтосекундные ВБР). Для записи УФ ВБР волокно должно обладать высокой фоточувствительностью к УФ излучению. Фоточувствительность достигается либо за счёт применения специальных волокон, либо за счёт насыщения волокна молекулярным водородом. Специальные волокна сложны в изготовлении и дороги, а водород под действием УФ излучения образует в матрице стекла гидроксильные группы, негативно влияющие на пропускание волокна и на его усилительные свойства, в случае активных волокон для лазерных применений. Кроме того, УФ ВБР обладают невысокой температурной стойкостью и распадаются при температурах, не превышающих 200 oC. Фемтосекундные ВБР отличаются высокой тепловой и радиационной стойкостью и находят широкое применение в качестве сенсорных элементов, работающих в агрессивных внешних условиях.
Обладая большим количеством преимуществ, фемтосекундные ВБР имеют и особенности, которые следует учитывать. Одной из них является пространственная анизотропия решёток, выражающаяся в различных коэффициентах отражения для излучения с различной поляризацией [1]. Причина этой анизотропии кроется в форме дефектов, наводимых в стекле волокна фемтосекундным излучением. Образующиеся в волокне дефекты получаются ассиметричными относительно сердцевины волокна [2]. Наша работа посвящена исследованию наблюдаемой анизотропии, а также поиску различных стратегий записи решёток, позволяющих контролировать наблюдаемые поляризационные эффекты в фемтосекундных ВБР.
В нашей работе для записи брэгговских решеток использовалась вторая гармоника (532 нм) фемтосекундного иттербиевого волоконного лазера с максимальной энергией импульса 2 мкДж и длительностью 320 фс. Через систему зеркал и 100-кратный объектив излучение фокусировалось в сердцевину волокна. Поточечная запись ВБР была организована за счёт высокоточного перемещения волокна относительно фокусируемого излучения [3].
Для проведения эксперимента было изготовлено три группы образцов. Образцы из первой группы были записаны стандартным методом поточечной записи - один дефект на период решётки. Образцы второй и третьей группы были записаны методом поштриховой записи, которая обеспечивалась сканированием положения волокна в плоскости записи решетки. В решётках второй группы штрихи были ориентированы в плоскости, параллельной лазерному лучу, а в решётках третьей группы - перпендикулярно лазерному лучу (рис. 1 а, б, в соответственно). Все решётки были записаны в стандартном одномодовом волокне SMF-28, не поддерживающем поляризацию, причём коэффициент отражения от всех ВБР был одинаковым.
а)поточечная запись 6)вертикальные штрихи в) горизонтальные штрихи
Рис. 1. Схема записи ВБР поточечная а), штриховая вертикальная б), штриховая горизонтальная в)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
lo s
I-
dJ Q. ÍT3 X
s
VD
1
■ 1 ■ • — 4#—- < •
1
■ ■ " 1 ■ ■ • • |В ■ ■ J 1 ■ Г -.1 1
i» A <
•If. • • Ф —;#—■ •• • •
A • i
• • * #
i • А1 >
, i » А А i-
>• А А
J IX ■■! ■■1 ■ ■ "I ■■■i i ■ átl ■д
L 'а А*
< ¿ААА и
• 1-1 Поточечная запись ▲ 2-1 Штриховая вертикальная • 2-2 Штриховая вертикальная
3-1 Штриховая горизонтальная ■ 3-2 Штриховая горизонтальная
...........
0
50
100
150
200
250
300
350
Угол,
Рис. 2. Амплитуда ВБР в зависимости от угла поворота плоскости поляризации излучения
В ходе эксперимента, излучение от суперлюминесцентного источника с волоконным выходом пропускалось через волоконный поляризатор и вводилось в волокно, поддерживающее поляризацию типа PANDA (PM волокно). Далее PM-волокно сводилось с волокном, в котором была записана исследуемая ВБР. Поляризованное излучение, прошедшее через образец, вводилось в оптический спектроанализатор Yokogawa AQ6370D. PM-волокно вращалось относительно собственной оси на 360o, обеспечивая изменение поляризации излучения, проходящего через исследуемую брэгговскую решетку. По спектру прошедшего через образец излучения можно было определить зависимость коэффициента пропускания ВБР от угла поворота плоскости поляризации проходящего излучения.
Результаты проведённых экспериментов представлены на рис. 2. На графике показана зависимость коэффициента пропускания решёток для образцов всех трёх типов. Видно, что коэффициент пропускания в случае поточечной записи решётки может различаться на величину более 3 дБ в зависимости от угла поворота плоскости поляризации проходящего излучения. Для образцов второго типа при записи вертикальными штрихами результат получается похожий, хоть и чуть меньшей амплитуды. Наиболее перспективными для сглаживания поляризационных эффектов выглядят результаты измерений для образцов третьего типа - при записи горизонтальными штрихами разброс в амплитуде ВБР получается не более 1 дБ при коэффициенте отражения решетки порядка 92%.
Можно сделать вывод, что для борьбы с нежелательными поляризационными эффектами в фемтосекундных брэгговских решётках лучше всего подходит поштриховая запись ВБР в плоскости, перпендикулярной плоскости записывающего лазера. Данная особенность, скорее всего, связана с формой дефектов, формирующихся под действием излучения фемтосекундной длительности.
Литература
1. V.R.Bhardwaj et al, Opt. Lett., 29/12, 1312-1314 (2004)
2. W.Yang et al, Opt. Exp., 14/21, 10117-10124 (2006)
3. D. V.Przhiialkovskii, O. V.Butov, Results Phys, 30, 104902 (2021)
266 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023» [email protected]
