En ny publikation i Opto-Electronic Advances översikter framsteg inom femtosekund laser direktskrivning av fiber Bragg-galler i flerkärniga fibrer.

Under de senaste åren har flerkärniga optiska fibrer avsevärt bidragit till den snabba utvecklingen av teknologier för dataöverföring med hög kapacitet över optiska kommunikationslänkar, högeffektfiberlasrar och förstärkare, såväl som nya typer av optiska sensorer. Ett fiber Bragg-gitter (FBG) – ett element som reflekterar ljus vid en viss resonansvåglängd som ges av perioden för brytningsindexstrukturen – spelar en nyckelroll när man utvecklar enheter baserade på sådana fibrer.

Bland de befintliga metoderna för FBG-skrivning verkar den direktskrivande tekniken som använder femtosekundlaserpulser i det synliga eller infraröda spektralområdet vara den bästa kandidaten när det gäller flerkärniga fibrer. På grund av den olinjära karaktären hos femtosekundpulsabsorption tillåter denna teknik inte bara att inskriva en FBG i en utvald kärna, utan också implementera den genom en skyddande beläggning av fibern såsom polyimid och akrylat. Genom att styra positionen för brytningsindexmodifieringsområdet i tvärsnittet av flerkärnfibern, såväl som laserpulsenergin, kan en FBG med fördefinierade geometriska och spektrala egenskaper inskrivas i de erforderliga tvärgående (valda kärnorna) och axiella positionerna.

Forskargrupperna för prof. Sergey Babin från Institute of Automation and Electrometri vid SB RAS (Novosibirsk, Ryssland) och prof. Stefan Wabnitz från Novosibirsk State University (Ryssland) och Sapienza University of Rome (Italien) har granskat de senaste framstegen inom detta fält och presentera sina experimentella resultat om selektiv inskription av FBG i flerkärniga fibrer med infraröda femtosekundlaserpulser, såväl som om användningen av de tillverkade strukturerna i verkliga tillämpningar i denna artikel. Speciellt beaktas de flerkärniga fiberformsensorerna och en fiber Raman-lasrar som utvecklats av författarna.

Möjligheten till rumslig separering av optiska signaler gör optiska fibrer med flera kärnor attraktiva för utveckling av sensorer som mäter fysiska effekter med flera parametrar på fibern. När man granskar framsteg inom sensorer, läggs tonvikten på 3-dimensionella formsensorer, som är efterfrågade inom mikrorobotik (särskilt minimalt invasiv kirurgi), flygindustrin och övervakning av den strukturella hälsan hos industrianläggningar, tack vare deras kompakthet, flexibilitet, kemisk tröghet och elektromagnetisk okänslighet.

Flerkärnig fiber är också ett lovande medium för utveckling av högeffektfiberlasrar och förstärkare, eftersom i detta fall påverkan av icke-linjära effekter (stimulerad Raman- och Brillouin-spridning, självfasmodulering, modinstabilitet, etc.) på lasrregimen blir svagare på grund av en förstoring av kärnlägenas nettoarea.

Femtosekundlaserteknologin för modifiering av brytningsindex inuti transparenta material erbjuder en hög grad av frihet när man arbetar med flerkärniga optiska fibrer. Förutom fiber-Bragg-gitter kan komplexa optiska integrerade element för rumslig divisionsmultiplexkommunikation, komponenter för mätning av fysiska kvantiteter och biosensorer, samt komplexa uppsättningar av Bragg-speglar för lasersystem tillverkas med tekniken.

Hittills har forskningen och utvecklingen av flerkärniga fibersensorer för mätning av krökning, vridning och form visat hög mätnoggrannhet vid användning av olika metoder, som är mest lämpliga för varje enskilt fall. Nästa steg i deras utveckling kommer att fokuseras på att kombinera de bästa lösningarna när det gäller balans mellan noggrannhet, prestanda och kostnad i en enda enhet. Förutom rekonstruktionen av formen är det lovande att lägga till andra oberoende mätbara fördelade parametrar som temperatur, vibration, tryck etc.

Flerkärniga fiberlasrar med intracore FBG:er visar intressanta spektrala egenskaper, som är ett resultat av den effektiva areaförstoringen och interferenseffekter som härrör från kopplingen av strålning som reflekteras från FBG:er inskrivna i olika kärnor. En ytterligare ökning av kärnantalet i aktiva och passiva fibrer och motsvarande antal FBG:er inskrivna i kärnorna skulle vara av intresse för både effektskalning såväl som för linjeavsmalning. För effektskalningens skull för både konventionella och Raman-typ förstärkare och lasrar baserade på aktiva respektive passiva flerkärniga fibrer, är det särskilt viktigt att undersöka möjligheten att pumpkoppla in i fiberbeklädnaden, liknande konventionella högeffekts enkel- mod fiberlasrar med en dubbelklädd fiberstruktur. + Utforska vidare

Självrengörande optisk fiber kan hjälpa till att övervaka miljön och diagnostisera cancer