CC BY
24ВКВО-2019- Стендовые
СПЕКТРАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР НА ЭФФЕКТЕ НАВЕДЕННОЙ СВЯЗИ МОД В ДВУХСЕРДЦЕВИННОМ ВОЛОКНЕ
Симонов В.А.1*, Ульзутуев Б.Б.2
1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2 Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск * E-mail: simonowa@,iae.sbras.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16165
В волоконных системах зачастую необходимо применять различные спектральные фильтры, например, для выделения слабых линий генерации и подавлении сильных линий в волоконных лазерах1, для формирования многоволновой генерации 2,3, для генерации сильночирпованных диссипативных солитонов в полностью волоконной схеме 4. Обычно для этих целей используют волоконный фильтр Лио, представляющий собой вварку волокна с сохранением поляризации с поворотом оси на 45°. Тогда исходное излучение с линейной поляризацией в вваренном сегменте приобретает круговую поляризацию, а на выходе формируется интерференционная картина, подобная интерферометру Маха-Цандера, период которой зависит от длины вваренного волокна. Хотя для фильтров с областью свободной дисперсии (ОСД) порядка 10 нм изготовление таких фильтров не представляет особых проблем, фильтры с большей ОСД требуют высокой точности подбора волокна, что сложно осуществить вручную. В качестве фильтров с большой ОСД (>100 нм) традиционно используются сплавные волоконные WDM-ответвители, но при меньших ОСД длины вытяжки (на традиционных установках с газовой горелкой) становится слишком большой, что приводит к сильному утоньшению волокон и, как следствие, к высоким потерям и разрыву волокон.
В данной работе предлагается спектральный фильтр на основе наведенной связи мод в двухсердцевинном волокне с сохранением поляризации. Принцип его работы аналогичен традиционным сплавным WDM-ответвителям, за тем исключением, что вместо сплавления двух волокон происходит утоньшение двухсердцевинного волокна (Рис. 1), что приводит к сближению световедущих сердцевин и появлению наведенной связи между ними. Ввод и вывод излучения обеспечивается с помощью приваренного к одной из сердцевин односердцевинного волокна с сохранением поляризации (PM-волокна). Принципиальным отличием предложенного фильтра является возможность точного подбора его параметров (диаметра и длины) для получения фильтрации требуемых длин волн и вариации ОСД.
Рис. 1. Принципиальная схема фильтра
Утоньшение (или вытяжка) производится с помощью установки для обработки и сварки волокон Fujikura LZM-100, в которой нагрев заготовки производится с помощью CO2-лазера. Установка позволяет задавать как длину области связи, так и длину, и форму переходных областей, а также степень утоньшения в широких пределах, что дает возможность варьировать параметры фильтра.
Свойства фильтра в предположении что сердцевины одинаковы описываются довольно просто 5. Прошедшую мощность излучения (Рт) для двух длин волн (Х;, Х2) можно представить следующим образом:
Рт1~ОО82(ПЬС/Ь1), РТ2~СО82(ПЬС/Ь2), где Ьс - длина области связи, а Ь;,2 - характерная длина перекачки для излучения с Х12, соответственно, и зависит от степени утоньшения. Тогда максимальное пропускание для излучения на длине волны Х; и максимальное подавление для излучения на Х2 будет при следующем условии:
Ьс=тЬ 1=(п+1/2)Ь,2,
316 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВО-2019 Стендовые
где m,n - целые. Ll2 можно определить экспериментально из зависимости выходной мощности на необходимых длинах волн для разных степеней утоньшения. На Рис. 2(а) представлена зависимость отношения L2/Ll от степени утоньшения (для длин волн 930 нм и 1060 нм и двухредцевинного волокна производства НЦВО с диаметром оболочки 135 мкм и расстоянием между сердцевинами 17 мкм), а линиями показано отношение m/(n+1/2) для m,n<10. Спектр пропускания фильтра с длиной области связи 16,6 мм и степенью утоньшения 0,52 показан на Рис.2(б). Модуляция в коротковолновой области спектра может быть вызвана неодномодовостью волокна для этих длин волн.
Рис. 2. (а) Зависимость отношения длин перекачки Ьг/Ь1 от степени утоньшения (сплошная линия) и отношения т/(п+1/2) для т,п<10 (пунктирные линии); (б) спектр пропускания фильтра с длиной области связи 16,6 мм и степенью утоньшения 0,52
В точках пересечения на Рис. 2 выполняются условия для пропускания излучения на длине волны X1 и подавления для излучения на Х2.
Минимальные вносимые потери фильтра определяются потерями на сварках с входным и выходным односердцевинными волокнами и составляют 2-3 дБ. Максимальное подавление излучения составляет 15-20 дБ. Потери в фильтре зависят от степени вытяжки и длины области связи, что ограничивает предельные параметры фильтра. Также, при малой степени утоньшения перекачка отсутствует.
Литература
1. B. Leconte et al, Opt. Lett., 40, 4098-4101 (2015)
2. S. Sugavanam et al, Opt. Express, 22, 2839-2844 (2014)
3. J. Liu et al, IEEE Photonics Technology Letters, 16(4), 1020-1022 (2004)
4. D.S. Kharenko et al, Opt. Lett., 42, 3221-3224 (2017)
5. B. Pal, Fiber and Integrated Optics, 22(2), 97-117 (2003)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 317
