Avsmalnande dubbelklädd fiber
En avsmalnande dubbelklädd fiber ( T-DCF ) är en dubbelklädd optisk fiber som bildas med hjälp av en specialiserad fiberdragningsprocess, där temperatur och dragkrafter kontrolleras för att bilda en avsmalning längs fiberns längd. Genom att använda förklädda fiberförformar varierar både fiberkärnan och de inre och yttre kapslingsskikten i diameter och tjocklek längs fiberns hela längd. Denna avsmalnande av fibern möjliggör kombinationen av egenskaperna hos konventionella dubbelklädda enkelmodsfibrer med en diameter på 8–10 µm för att sprida ljus i fundamentalt läge med de som används med dubbelklädda flermodsfibrer med större diameter (50–100 µm) för optisk förstärkning och lasring. Resultatet är förbättrat underhåll av pulstrohet jämfört med konventionella fiberförstärkare med konsekvent diameter . Tack vare den stora kapslingsdiametern kan T-DCF pumpas av optiska källor med mycket dålig ljusstyrka, såsom laserdiodstavar eller till och med VECSELs matriser, vilket avsevärt minskar kostnaden för fiberlasrar/förstärkare.
Historia
T-DCF-förstärkaren skapades och demonstrerades först vid Tammerfors universitet i professor Oleg Okhotnikovs forskargrupp 2008. Tekniken beviljades patent 2013 som ett sätt att övervinna de olinjära optiska effekter som tidigare begränsade effektskalningen av fiber lasrar och fiberförstärkare .
Tekniska egenskaper och tillämpningar
Minskad icke-linjär effektdistorsion i fiberförstärkning
Att öka diametern på en cylindrisk optisk fiberförstärkare ökar generellt nivån av icke-linjära effekter såsom stimulerad Brillouin-spridning. Resultatet av att bilda en dubbelklädd fiber med avsmalnande geometri är att ljuset som införs i den tunna änden fortplantar sig i en bred kärna utan att ändra modinnehållet. Följaktligen bibehåller användningen av T-DCF för optisk förstärkning i en multimodsfiber god strålkvalitet genom att höja trösklarna för stimulering av icke-linjära effekter inklusive Brillouin- och Raman-spridning och spontan emission. Användning av avsmalnande fiber med tjocka ändkärndiametrar på upp till 200 µm med en 0,11 numerisk apertur och rekordartad effekt och energiförstärkningsnivåer har rapporterats 60 ps-pulser med 300 µJ energi fri från icke-linjära distorsioner.
Hög absorption av pumpljus
Den dubbelklädda strukturen hos fibern gör att kärnan kan pumpas med högre effekt än vad som skulle kunna fortplantas i fibern. Absorptionen och omvandlingen av pumpljus per längdenhet ökar i den avsmalnande fibern jämfört med cylindriska fibrer med liknande nivåer av aktiv jondopning. Detta beror på den förbättrade pläteringslägets blandning och den högre absorptionen vid den tjockare änden av avsmalningen på grund av den mycket tjockare kapslingen, vilket också innebär att dopämnena med sällsynta jordartsmetaller är fördelaktigt koncentrerade i den breda änden av en T-DCF, eftersom geometrin definierar deras närvaro som direkt proportionell mot kvadraten på diametern. Denna högre absorption möjliggör förstärkning av ultrasnabba lasrar med mycket korta förstärkare som bara är tiotals centimeter långa, vilket ger högtrogen ultrakort pulsförstärkning.
Enkelhet i produktionen
En av de betydande fördelarna med T-DCF är enkelheten i produktionen. Preformproduktionen för speciella högeffektfibrer (mikrostrukturerade fibrer av stavtyp, 3C- eller LCF-fibrer) involverar komplex teknik och strikta strukturella krav. Omvänt tillverkas T-DCF med standardfiberförformar. Enkla tillverkningstekniker för att variera draghastigheten under dragprocessen leder till att fiberdiametern ändras längs dess längd. T-DCF-produktion är endast marginellt mer komplex än produktionen av en vanlig aktiv fiber.