The SAIL labs are funded through JBH's Australian Laureate Fellowship from the Australian Research Council.
This research was supported by the Australian Research Council Centre of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (project number CE110001018).
Experimental work was performed in part at the OptoFab node of the Australian National Fabrication Facility, utilizing NCRIS and NSW state government funding. Fiber hydrogenation services were provided by TE Connectivity in Redfern. SLS would like to acknowledge the Optics and Electronics Laboratory, Fujikura Ltd, Japan for providing the 7-core fiber used in this experiment.

1. Preparazione di lucido Capillari (ANFF OptoFab) <ol><li> Ottenere tubi di vetro capillari con diametro interno strettamente allineato al diametro delle fibre. Quanto più dimensioni, migliori sono le prestazioni, ma assicura che una variazione ± 10 micron di dimensioni capillare è consentita per. Rimuovere eventuali rivestimenti protettivi dai tubi capillari. Radersi rivestimenti con una lama di rasoio per rimuoverli senza danneggiare i tubi. </li><li> Cono tubi capillari ad un diametro più piccolo, se necessario. Utilizzare una macchina rastremazione automatico controllato da computer, se disponibile. <ol><li> Fissare un pezzo di tubo con morsetti ad ogni estremità. </li><li> Riscaldare il capillare al punto di fusione uniformemente attorno al suo diametro utilizzando un filamento caldo situato tra i morsetti. </li><li> Disegnare il capillare attraverso l&#39;elemento riscaldante con una tensione costante finché la lunghezza desiderata è stata rastremata al diametro più piccolo. </li></ol></li><li> Tagliare il tubo capillare in approssimativamente uguale wi lunghezzeth un utensile da taglio di vetro. Garantire che questi siano almeno 2 cm più lungo della lunghezza reticolo previsto ma abbastanza piccolo per adattarsi all&#39;interno della lucidatura attrezzature utilizzate. Nota: Per questo esperimento, è stata utilizzata una lunghezza capillare di 7 cm. </li><li> Fissare 8-10 delle lunghezze capillari ad un disco di vetro con colla a polimerizzazione UV. Installare il disco su un giga compatibile con la macchina di lappatura / lucidatura. </li><li> Utilizzare la macchina lappatura / lucidatura per macinare le pareti esposte dei tubi capillari ad una superficie piatta. ATTENZIONE: non inalare grinta sciolto. Nota: L&#39;elemento abrasivo è Al 2 O 3 in una sospensione di acqua purificata osmosi inversa. <ol><li> Utilizzare 25 micron graniglia fino alla restante spessore della parete capillare è di circa 70 micron. Utilizzare un micrometro per misurare lo spostamento della maschera durante la macinazione e quindi la quantità che è stato rimosso. </li><li> Passare a 5 micron graniglia e macinare fino alla restante spessore della parete è di circa 50 micron. </li></ol&gt; </li><li> Utilizzare lo sciabordio / lucidatura macchina per lucidare la superficie appiattita per almeno 3 ore con elevata purezza silice colloidale in dispersione alcalina (NaOH). Nota: Questo ripristina la superficie di qualità ottica. La silice può essere impedito di solidificazione aggiungendo 1 parte 0.004 M NaOH per 3 parti di lucidatura soluzione. </li><li> Separare i tubi capillari dal puck tenendo immergendo durante la notte in acetone. </li><li> Esaminare i tubi capillari ai due estremi sotto un microscopio con ingrandimento 10x per controllare lo spessore della parete. Nota: Un capillare buona qualità avrà una parete sottile e uniforme (~ 50 micron) lungo la sua lunghezza. </li></ol> 2. Creazione di griglie <ol><li> Idrogenare MCF per aumentare la fotosensibilità. <ol><li> Collocare le fibre da idrogenati in una camera stagna sigillata. ATTENZIONE: Assicurarsi che la camera è imbullonata in modo sicuro a causa della presenza di gas in pressione. </li><li> Pompa alta purezza H 2 nella camera. Usa N 2 </sub&gt; gas come booster per aumentare la pressione. </li><li> Lasciare le fibre all&#39;interno della camera per un periodo prolungato: 2 settimane a 300 bar e temperatura ambiente, o 3 giorni a 380 bar e 80 ° C. </li><li> Vent i gas dalla camera e rimuovere le fibre. ATTENZIONE: Assicurarsi che la stanza sia ben ventilata. I gas possono agire come asfissianti o rischio di incendio in caso di H 2. </li><li> Conservare le fibre in un congelatore a temperatura -70 ° C o inferiore fino a quando non vengono utilizzati. Questo rallenta il tasso di degassamento idrogeno e conserva la maggiore fotosensibilità. </li></ol></li><li> Striscia il rivestimento protettivo dalla MCF. Striscia mcfs la stessa dimensione come SMF con una spogliarellista fibra SMF di serie; altrimenti radere il rivestimento con una lama di rasoio. Rimuovere il rivestimento dalla regione in cui il reticolo deve essere scritto, fino alla fine della fibra. </li><li> Inserire l&#39;estremità spogliato della fibra nel tubo capillare, e far scorrere il tubo lungo la fibra in modo da coprire la regione a b<html> e inscritto. </li><li> Indossare occhiali di protezione UV. Montare la fibra sulla fase mobile che contiene la maschera di fase, con il lato piatto del capillare inclinato verso la maschera di fase. Assicurarsi che la fibra è posizionato all&#39;interno la figura di interferenza creato dalla maschera, ma non tocca la maschera stessa in quanto ciò potrebbe causare danni. </li><li> Allineare il laser 244 nm modo che il raggio sia perpendicolare alla superficie piana della maschera di fase. Assicurarsi che la fibra riceve almeno 90 mW di potenza del laser. </li><li> Esporre una lunghezza di 4 cm di fibra alla figura di interferenza UV spostando la maschera fibra e di fase insieme rispetto al fascio in ingresso ad una velocità di 0,25 mm / min. </li><li> Rimuovere il capillare dalla fibra. </li><li> Ricuocere la griglia a 110 ° C per 20 ore per stabilizzare la risposta lunghezza d&#39;onda. Nota: questo passaggio è facoltativo come il reticolo si stabilizzerà da solo nel corso di circa tre giorni, ma ricottura rende il processo più veloce. </li></ol>e_title &quot;&gt; 3. Analisi di Spectra <ol><li> Cleave entrambe le estremità della fibra. Utilizzare una mannaia fibra che consente all&#39;utente di impostare sia diametro delle fibre e la tensione di garantire una superficie piana. </li><li> Illuminare una estremità della fibra utilizzando un laser sintonizzabile con lunghezza d&#39;onda centrale di circa adattato alla lunghezza d&#39;onda di Bragg. </li><li> Collegare una telecamera CCD ad un PC con software di controllo per visualizzare e registrare l&#39;uscita della fibra. Immagine l&#39;uscita della fibra con la camera CCD, con una lente obiettivo microscopio con 50X di ingrandimento davanti alla macchina fotografica per assicurare che tutti i core coprono più pixel del CCD. Nota: I seguenti passaggi 3.4.1 - 3.5.5 sono specifici per il software personalizzato utilizzato dagli autori e rappresentano solo un metodo di cattura spettri. <ol><li> Selezionare una regione circolare di pixel corrispondenti a ciascun core cliccando sui centri di core come appaiono nell&#39;immagine nel software di controllo. Inserire il diametro delle anime in unità di pixel nel &#39;intera o diametro &amp;# 39; campo. </li><li> Registrare i valori dei pixel registrati dalla fotocamera per le regioni selezionate. Sommare i valori per tutti i pixel che coprono un dato di base per quantificare il rendimento totale a quella lunghezza d&#39;onda. </li></ol></li><li> Collegare il laser sintonizzabile al PC di controllo in modo che osservazioni e raccolta di dati possono essere automatizzati. <ol><li> Inserire una lunghezza d&#39;onda di circa 5 nm al di sotto della lunghezza d&#39;onda di Bragg in campo &#39;Start lunghezza d&#39;onda&#39;. </li><li> Impostare l&#39;incremento di lunghezza d&#39;onda del laser a 0,01 nm nel &#39;Scan - Step&#39; campo. Nota: Impostare il ritardo tra i passaggi di almeno 300 msec in modo che lasing è stabile a ogni lunghezza d&#39;onda prima di misurazioni sono registrati e il passo successivo di lunghezza d&#39;onda si verifica. </li><li> Inserire una lunghezza d&#39;onda di circa 5 nm superiore alla lunghezza d&#39;onda di Bragg nel campo &#39;Fine Lunghezza d&#39;onda&#39;. </li><li> Fare clic sul pulsante &#39;Scansione automatica&#39; per impostare il laser alla lunghezza d&#39;onda di inizio definito e aumentare la lunghezza d&#39;onda per l&#39;incremento scelto a regolaintervalli di tempo lar. </li><li> Registrare l&#39;intensità trasmessa attraverso ogni core per ogni passo lunghezza d&#39;onda. Esportare i valori calcolati in un file di testo attivando il &#39;file di testo Salva&#39; opzione. </li></ol></li><li> Ripetere la scansione di almeno 3 volte e la media dei dati di tutte le stime. </li><li> Plot potenza trasmessa rispetto lunghezza d&#39;onda per ogni core per generare un insieme di spettri. <ol><li> Confrontare gli spettri di tutti i conduttori per confermare se hanno le stesse caratteristiche di soppressione. Verificare che la lunghezza d&#39;onda centrale, la profondità e la larghezza di banda di ogni partita reticolo. </li></ol></li></ol>

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	<li>Othonos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+Bragg+gratings.">Fiber Bragg gratings.</a> Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4309-4341 (1997).</li><li>Bland-Hawthorn, J., Englund, M., Edvell, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+approach+to+atmospheric+OH+suppression+using+an+aperiodic+fiber+Bragg+grating.">New approach to atmospheric OH suppression using an aperiodic fiber Bragg grating.</a> Opt. Express. 12 (24), 5902-5909 (2004).</li><li>Jovanovic, N., Guyon, O., Martinache, F., Schwab, C., Cvetojevic, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+inject+light+efficiently+into+single-mode+fibers.">How to inject light efficiently into single-mode fibers.</a> Proc. SPIE. 9147, 91477P (2014).</li><li>Bland-Hawthorn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+complex+multi-notch+astronomical+filter+to+suppress+the+bright+infrared+sky.">A complex multi-notch astronomical filter to suppress the bright infrared sky.</a> Nat. Comm. 2, 581 (2011).</li><li>Leon-Saval, S. G., Argyros, A., Bland-Hawthorn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+lanterns.">Photonic lanterns.</a> Opt. Express. 18 (8), 8430-8439 (2010).</li><li>Trinh, C. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GNOSIS:+the+first+instrument+to+use+fiber+Bragg+gratings+for+OH+suppression.">GNOSIS: the first instrument to use fiber Bragg gratings for OH suppression.</a> Astron. J. 145 (2), 51 (2013).</li><li>Content, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PRAXIS:+low+thermal+emission+high+efficiency+OH+suppressed+fiber+spectrograph.">PRAXIS: low thermal emission high efficiency OH suppressed fiber spectrograph.</a> Proc. SPIE. 9151, 91514W (2014).</li><li>Birks, T. A., Mangan, B. J., D&#236;ez, A., Cruz, J. L., Murphy, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+lantern'+spectral+filters+in+multi-core+fiber.">Photonic lantern' spectral filters in multi-core fiber.</a> Opt. Express. 20 (13), 13996-14008 (2012).</li><li>Askins, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inscription+of+fiber+Bragg+gratings+in+multicore+fiber.">Inscription of fiber Bragg gratings in multicore fiber.</a> BGPP. , JWA39 (2007).</li><li>Lindley, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Core-to-core+uniformity+improvement+in+multicore+fiber+Bragg+gratings.">Core-to-core uniformity improvement in multicore fiber Bragg gratings.</a> Proc. SPIE. 9151, 91515F (2014).</li><li>Lindley, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+uniform+multicore+fiber+Bragg+gratings.">Demonstration of uniform multicore fiber Bragg gratings.</a> Opt. Express. 22 (25), 31575-31581 (2014).</li><li>Tomaru, S., Yasu, M., Kawachi, M., Edahiro, T. V. A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VAD+single-mode+fiber+with+0.2+dB/km+loss.">VAD single-mode fiber with 0.2 dB/km loss.</a> Elec. Lett. 17 (2), 93-93 (1981).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Le figure 2 e 3 insieme mostrano che l&#39;introduzione del tubo capillare lucido (PCT) quando si scrive reticoli è sufficiente a migliorare l&#39;uniformità di spettri nucleo in MCFBG. Il resto del processo di iscrizione è in gran parte invariato rispetto a modalità stabilite per la creazione di griglie SMF e può essere utilizzato con la maggior parte dei sistemi di scrittura FBG esistenti. Da qui la preparazione di PCT come indicato nella sezione 2 del protocollo è più critica ...

Reticoli di Bragg (FBG) sono ampiamente utilizzati come filtri a banda stretta per il fatto che possono essere personalizzati per un gran numero di applicazioni 1. Essi non sono limitati a sopprimere singole lunghezze d&#39;onda; spettri di trasmissione complessa può essere creata mediante l&#39;uso di aperiodici variazioni di indice di rifrazione 2. Una limitazione è che FBGs possono essere incise soltanto in fibre monomodali (SMF), come la lunghezza d&#39;onda che viene soppressa per un determinato periodo di reticolo dipende dalla costante di propagazione. In una fibra multimodale (MMF), dove ogni modalità ha una diversa costante di propagazione, la lunghezza d&#39;onda soppresso per ciascuna modalità è diversa e quindi il reticolo non dà soppressione forte in ogni singola lunghezza d&#39;onda. L&#39;impulso per questo esperimento viene da astronomia. In condizioni di limitata, accoppiamento diretto in un SMF è difficile e inefficiente; ottica adattiva estremi sono tenuti a farlo 3. A causa di questo, FMM sono tipcamente usato al momento del ritiro luce dal telescopio piano focale 4. Pertanto al fine di mantenere la funzionalità disponibile solo per SMF, è necessario disporre di conversione efficiente tra SMF e FMM. Ciò è reso possibile con la lanterna fotonica, un dispositivo che consiste di una porta multimode collegato ad una serie di SMF tramite una transizione conicità 5. Lanterne fotonici sono stati utilizzati nello strumento GNOSIS, in cui il SMFs conteneva FBGs per rimuovere le linee di emissione in atmosfera (causati dai radicali OH e altre molecole) da osservazioni nel vicino infrarosso 6. Gli svantaggi di utilizzare singolarmente, SMF single-core per questo compito sono che devono essere scritti uno per uno e assemblati singolarmente nel treno ottico, che richiede molto tempo e sforzo manuale. La tecnica descritta in questo articolo tenta di risolvere questi inconvenienti utilizzando un formato fibra più complesso per fornire la funzionalità monomodale. Il suppr OH prossima generazionestrumento ESSIONE PRAXIS 7 farà uso di fibre multi-core (mcfs). Queste fibre contengono un numero qualsiasi di core singolo moded incorporati in un unico rivestimento. Il vantaggio di questo approccio è che il MCF può essere rastremato in un MMF con la lanterna fotonico risultante essere un&#39;unità autonoma compatta e robusta. Nello strumento completata, la luce dal telescopio sarà accoppiato alla porta MMF della lanterna; la transizione cono separerà questa luce nei nuclei monomodali dove passerà attraverso il FBG. Dopo la lunghezza d&#39;onda filtrando la luce rimanente viene dispersa su un rilevatore, gli spettri raccolti. Utilizzando mcfs accelera il processo di scrittura di reticoli, come tutti i core possono essere iscritti in un unico passaggio. Tuttavia, il processo di scrittura deve essere modificato al fine di garantire che tutti i nuclei hanno le stesse caratteristiche di riflessione. Questo perché la superficie curva del rivestimento agisce come una lente durante side-scrittura dei FBGS, resulting in un campo UV che varia in potenza e la direzione ad ogni core se viene utilizzato il metodo side-standard di scrittura. Quindi ogni core avrà un profilo di trasmissione diversa, e la fibra non fornirà soppressione forte ad una singola lunghezza d&#39;onda 8. Un gruppo presso il Naval Research Laboratory ha sperimentato con la modifica della distribuzione e fotosensibilità di core per annullare gli effetti di questa variazione 9. Lo svantaggio di usare un tale approccio è che la fibra deve essere riprogettato per ogni combinazione di dimensioni rivestimento, dimensioni del nucleo, il numero di nuclei e composizione chimica. Inoltre, la mancanza di simmetria assiale nei disegni risultanti significa che il MCF non può essere efficacemente rastremato in un MMF con un nucleo circolare. Dettagli Questo documento un diverso approccio al problema: modificare il campo entro la fibra facendolo passare attraverso una superficie piana invece di essere direttamente incidente sul rivestimento curvo. Usando questo approccio comporta unatecnica che è trasferibile ad una varietà di disegni MCF e dimensioni, in particolare le fibre assialmente simmetrica che vogliamo incorporare nella lanterne fotonici. Per creare la superficie piana necessaria, MCF è collocato all&#39;interno di un tubo capillare UV-trasparente che è stato macinato e levigata su un lato per dare una parete esterna piana. Un piccolo spazio deve essere lasciato tra la fibra e capillare, in quanto quest&#39;ultimo può contenere ± 10 um variazioni di diametro. Vedere la Figura 1 per una rappresentazione. Questo documento descrive la procedura sperimentale di scrivere FBGs in questo modo e di fornire esempi dei possibili miglioramenti. Per ulteriori informazioni, vedere simulazioni precedentemente pubblicati 10 e 11 risultati sperimentali. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53326/53326fig1.jpg" /> Figura 1. Schema del tubo capillare lucido come utilizzato nel prodotto FBGion. Il MCF è collocato all&#39;interno del tubo capillare. La distanza tra i due dovrebbe essere piccolo ma permettere piccole variazioni di diametro. La luce UV che è passato attraverso la maschera di fase poi entra nel sistema attraverso la parte piatta del tubo capillare. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53326/53326fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Multicore fiber</td><td>Fujikura Ltd.</td><td></td><td>7 cores with diameter 5.5&amp;nbsp;&amp;micro;m, core separation 35&amp;nbsp;&amp;micro;m, hexagonally arranged within 125 &amp;micro;m cladding, NA = 0.177</td></tr><tr><td>Glass tapering machine</td><td>Vytran</td><td>GPX-3000</td><td></td></tr><tr><td>UV laser</td><td>Coherent</td><td>300 FreD Innova</td><td>Frequency doubled 244&amp;nbsp;nm, at least 150 mW output. CAUTION: eye damage; wear appropriate goggles</td></tr><tr><td>Phase mask</td><td>Lasiris</td><td>PM-244-1069.50-50.8</td><td>Custom component, 1069.50 nm grating period, 5.08 mm thickness</td></tr><tr><td>Capillary tubes</td><td>Polymicro</td><td>TSP200794</td><td>Inner diameter 200 &amp;micro;m, outer diameter 794 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>Lapping machine</td><td>Logitech</td><td>PM5</td><td>Combination grinder/polisher</td></tr><tr><td>UV-curable glue</td><td>Norland</td><td>NOA-61</td><td>Cures rapidly, removable with acetone</td></tr><tr><td>Microgrit</td><td>Eminess</td><td></td><td>Al&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;: 25 &amp;micro;m and 5 &amp;micro;m particle size</td></tr><tr><td>Polishing fluid</td><td>Eminess</td><td>ULTRA-SOL 500S</td><td>SF-500S-5, ULTRA-SOL 500S N/D, 5 GAL</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td></td><td></td><td>0.004&amp;nbsp;M</td></tr><tr><td>Fiber cleaver</td><td>Vytran</td><td>LDC-400</td><td></td></tr><tr><td>Tunable laser</td><td>JDS Uniphase</td><td>SWS15101</td><td></td></tr><tr><td>IR Camera</td><td>Xenics</td><td>XEVA-1429</td><td>320x256 pixel, 16 bit resolution</td></tr><tr><td>Oven</td><td>Thermoline Scientific</td><td>LDO-030N</td><td>For annealing at T = 110&amp;nbsp;&amp;deg;C</td></tr><tr><td>Hydrogen gas</td><td>BOC</td><td></td><td>For hydrogenating fiber. CAUTION: flammable, pressurised gas</td></tr><tr><td>Nitrogen gas</td><td>BOC</td><td></td><td>Booster for hydrogenation. CAUTION: pressurised gas</td></tr><tr><td>Acetone</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Razor blades</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

writing bragg gratings in multicore fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

L&#39;efficacia di questa tecnica è meglio dimostrato confrontando i reticoli in fibra multicore Bragg (MCFBGs) risultanti dall&#39;esposizione con e senza il capillare. La Figura 2 mostra le caratteristiche di trasmissione di un 7-core MCF esposto usando il metodo standard per SMF, con singoli Gli spettri di base rappresentate da colori diversi. C&#39;è sovrapposizione minima tra le lunghezze d&#39;onda soppressi, e nucleo # 5 ha ricevuto l&#39;esposizione più debole...

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Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

Scrivendo di Bragg in fibra Multicore

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

writing-bragg-gratings-in-multicore-fibers

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

8.1K Views.  University of Sydney. We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

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Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

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Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection

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Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

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We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed and characterized a temperature-independent fiber Bragg grating (FBG)-based random-displacement sensor that adopts a magnetic scale as a novel transferring mechanism. By detecting shifts of two FBG center wavelengths, a full-range measurement can be obtained with a magnetic scale. For identification of the clockwise and counterclockwise rotation direction of the motor (in fact, the direction of movement of the object to be tested), there is a sinusoidal relationship between the displacement and the center wavelength shift of the FBG; as the anticlockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG detector shows a leading phase difference of around 90&#176; (+90&#176;). As the clockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG displays a lagging phase difference of around 90&#176; (-90&#176;). At the same time, the two FBG-based sensors are temperature independent. If there is some need for a remote monitor without any electromagnetic interference, this striking approach makes them a useful tool for determining the random displacement. This methodology is appropriate for industrial production. As the structure of the whole system is relatively simple, this displacement sensor can be used in commercial production. In addition to it being a displacement sensor, it can be used to measure other parameters, such as velocity and acceleration.

A protocol to create a full-range linear displacement sensor, combining two packaged fiber Bragg grating detectors with a magnetic scale, is presented.

Misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

Una piattaforma con punta di silicio di rilevamento in fibra ottica ad alta risoluzione e risposta veloce

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to demonstrate a novel protocol to characterize and measure residual stress in a glass-to-metal seal structure without destroying the insulation and hermeticity of sealing materials. In this research, a femto-laser inscribed fiber Bragg grating sensor is used. The glass-to-metal seal structure that is measured consists of a metal shell, sealing glass, and Kovar conductor. To make the measurements worthwhile, the specific heat treatment of metal-to-glass seal (MTGS) structure is explored to obtain the model with best hermeticity. Then, the FBG sensor is embedded into the path of sealing glass and becomes well-fused with the glass as the temperature cools to RT. The Bragg wavelength of FBG shifts with the residual stress generated in sealing the glass. To calculate the residual stress, the relationship between Bragg wavelength shift and strain is applied, and the finite element method is also used to make the results reliable. The online monitoring experiments of residual stress in sealing glass are carried out at different loads, such as high temperature and high pressure, to broaden functions of this protocol in harsh environments.

Key procedures to optimize the sealing process and achieve real-time monitoring of the metal-to-glass seal (MTGS) structure are described in detail. The embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor is designed to achieve online monitoring of temperature and high-level residual stress in the MTGS with simultaneous environmental pressure monitoring.

Processo di sigillamento ottimizzato e monitoraggio in tempo reale delle strutture sigillanti vetro-metallo

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to ...

Optimizing Brillouin Optical Time-Domain Analyzers Based on Gain Spectrum Engineering

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is superimposed with two symmetric Brillouin loss spectra (BLS). This leads to a complex engineered spectrum shape that is more resistant to the sensing system noise. Instead of only one pump and probe interaction as in the conventional BOTDA setup, three optical probe waves are exploited, with one probe located in the BGS and the other two symmetrically in the BLS. Due to the resistance and insensitivity of the engineered spectrum shape to the noise, the sensing performance is enhanced by 60% and the measurand resolution is doubled.

A protocol for Brillouin optical time-domain analyzers based on gain spectrum engineering is presented. Enhancements in the sensing performance, including sensing range and measurand resolution are achieved and the excess Brillouin intensity noise is studied. The protocol introduces a new way to enhance distributed Brillouin sensing performance.

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is ...

Preparation of Extracellular Matrix Protein Fibers for Brillouin Spectroscopy

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of visible light with thermally induced acoustic waves or phonons propagating at a speed of a few km/sec. Information on the elasticity and structure of the material is obtained in a nondestructive contactless manner, hence opening the way to in vivo applications and potential diagnosis of pathology. This work describes the application of Brillouin spectroscopy to the study of biomechanics in elastin and trypsin-digested type I collagen fibers of the extracellular matrix. Fibrous proteins of the extracellular matrix are the building blocks of biological tissues and investigating their mechanical and physical behavior is key to establishing structure-function relationships in normal tissues and the changes which occur in disease. The procedures of sample preparation followed by measurement of Brillouin spectra using a reflective substrate are presented together with details of the optical system and methods of spectral data analysis.

We present a protocol for the application of Brillouin light scattering spectroscopy to elastin and trypsin-purified type I collagen fibers of the extracellular matrix to extract their full elastic properties.

Preparazione della matrice extracellulare fibre proteiche per Brillouin Spettroscopia

Brillouin spectroscopy is an emerging technique in the biomedical field. It probes the mechanical properties of a sample through the interaction of ...

Bioingegneria

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

The transmission of multiple independent optical signals through a multimode fiber is accomplished using wavefront shaping in order to compensate for the light distortion during the propagation within the fiber. Our methodology is based on digital optical phase conjugation employing only a single spatial light modulator, where the optical wavefront is individually modulated at different regions of the modulator, one region per light signal. Digital optical phase conjugation approaches are considered to be faster than other wavefront shaping approaches, where (for example) a complete determination of the wave propagation behavior of the fiber is performed. In contrast, the presented approach is time-efficient since it only requires one calibration per light signal. The proposed method is potentially appropriate for spatial division multiplexing in communications engineering. Further application fields are endoscopic light delivery in biophotonics, especially in optogenetics, where single cells in biological tissue have to be selectively illuminated with high spatial and temporal resolution.

We demonstrate the transmission of multiple independent signals through a multimode fiber using wavefront shaping employing a single spatial light modulator. By modulating the wavefront for each signal individually, spatially separated foci are transmitted. Potential applications are multiplexed data transfer in communications engineering and endoscopic light delivery in biophotonics.

La trasmissione di segnali multipli attraverso una fibra ottica Utilizzando Wavefront Shaping

The transmission of multiple independent optical signals through a multimode fiber is accomplished using wavefront shaping in order to compensate for the ...