Санкт-Петербург
  • А
  • Б
  • Ч
  • Е
  • Х
  • И
  • К
  • Л
  • М
  • Н
  • О
  • П
  • Р
  • С
  • Т
  • У
  • В
  • Я
  • З
  • М
  • С
Заказать оборудование
Август 2019
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
29 30 31 01 02 03 04
05 06 07 08 09 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 01

Новости компании

  • 05-06-2019

    «ОЭС Спецпоставка» участник МАКС – 2019!

    Подробнее
  • 22-01-2019

    "ОЭС СПЕЦПОСТВКА" - СПОНСОР 2-ОЙ РОССИЙСКОЙ ШКОЛЫ ПО КВАНТОВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

    Подробнее
  • 18-01-2019

    Приглашение на выставку

    Подробнее

Оптические волокна для специальных применений. Новинки индустрии

В.Б. Ромашова1, М.О. Жукова2, Н.В. Буров2, Болт С.А.3
1 Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения

2 АО «Ленинградские Лазерные Системы»

3 ООО «ОЭС Спецпоставка»

Ключевые слова: оптические волокна, специальные волокна, полые волокна, микроструктурированные волокна

Key words:  optical fibers, special fibers, hollow fibers, microstructured fibers

 

Специальные оптические волокна позволяют эффективно решать большинство задач в широком спектральном диапазоне частот: от ультрафиолета до среднего и дальнего инфракрасного. Современные технологии позволяют изготавливать волокна легированные активными добавками или красителями, фоточуствительные, радиационно-стойкие [1], с защитным покрытием и многие другие. В данной статье мы кратко расскажем о нестандартных версиях и применениях специальных оптических волокон.

ВОЛОКНА, ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ВОЛНОВОЙ ФРОНТ В ВОЛНОВОЙ С ПЛОСКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ИНТЕНСИВНОСТИ

Зачастую некоторые применения, такие как равномерное облучение биотканей [2] или молекулярной среды, гомогенизация лазерного пучка накачки или освещение объекта при спектроскопии [3], требуют равномерного распределения интенсивности на вершине пучка. При взаимодействии гауссова пучка с поверхностью наблюдается неравномерное распределение температуры и энергии по площади [4]. Так называемое Flat-top распределение  (плоское распределение поля, смотри рис. 1) позволяет решить эту задачу.

 

Рисунок 1 – Волновой фронт волны с гауссовым и плоским (flat-top) распределением поля

Волокна NuBEAM Flat-Top от компании Nufern (США) содержат специальные распределяющие элементы в сердцевине, которые преобразуют излучение по мере его прохождения по волокну. Компания предлагает версии, как для одномодового, так и для многомодового излучения [5]. Принцип преобразования излучения показан на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Принцип преобразования излучения в специальных волокнах NuBEAM Flat-Top [5]

Кроме того, эти волокна были тщательно спроектированы для обеспечения точного управления параметром параметра выходного пучка (BBP) или расхождения лучей, а также подходят для распространения излучения мощностью в несколько кВт.

ФЛЮОРИДНЫЕ ZBLAN ВОЛОКНА

ZBLAN волокна – это волокна, легированные фторидами тяжелых металлов, а именно фторидом циркония (Zr), бария (Ba), лантна (La), алюминия (Al) и натрия (NA). Полная формула составляющих выглядит следующим образом ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF. Изначально данный тип волокна разрабатывался для применения в телекоммуникационных системах – передачи сигнала на длинах волн среднего ИК диапазона (около 2 мкм) [4]. Однако, позже были найдены и другие применения для данного типа волокна. Отличительной особенностью волокон из такого материала является прозрачность в диапазоне до 4 мкм. Помимо этого, время жизни электронов на верхних энергетических уровнях при легировании различных редкоземельных металлов становится достаточно продолжительным для различных типов (видов) лазерных переходов. Такую особенность удачно использовали в реализации лазеров с преобразованием частоты [6]. Таким образом, использование волокон ZBLAN позволяет накачивать среду излучением меньшей энергии и получать на выходе излучение с большей энергией (например, на рисунке 3 представлена схема генерации излучения длины волны 480 нм при накачке излучением 1140 нм).

 

Рисунок 3 – Генерация излучения длины волны 480 нм в ZBLAN-волокне, легированном тулием, при накачке излучением 1140нм [7]

Одним из производителей ZBLAN волокна является компания FiberLabs (Япония). Их волокно активно используется для генерации суперконтинуума в среднем ИК диапазоне. Например, в недавней работе [8] показана возможность генерации суперконтинуума среднего инфракрасного диапазона от 2,7 до 4,25 мкм с максимальной выходной мощностью 1,75 Вт и общим дифференциальной эффективностью порядка 20,5%.

ПОЛЫЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ВОЛОКНА

Микроструктурированные или фотонно-кристаллические волокна активно применяются в нелинейной оптике [9].  Полые микроструктурированные волокна выглядят следующим образом (см. рис. 4).

 

Рисунок 4 – Полое микроструктурированное волокно [10]

В таких волокнах распространение излучения отличается от традиционного принципа внутреннего отражения на слоях с разным показателем преломления. Как известно, фотонная запрещенная зона охватывает определенный диапазон частот (или длин волн), распространение которых запрещено в кристалле во всех направлениях, при этом падающий на фотонный кристалл свет полностью отражается от него. Именно данный механизм реализован в полых волокнах.

Поскольку более 98% излучения распространяется в воздухе, то  возникает ряд преимуществ перед стандартными волокнами. Например, передача высокомощного излучения без возникновения нелинейностей, практически полное отсутствие чувствительности к радиации. Излучение также не отражается от торца волокна, а радиус изгиба составляет всего 1 см [10].

Одним из лидеров в производстве микроструктурированных  волокон является компания NKT Photonics (Дания). Такие волокна активно используется для создания источников суперконтинуума видимого и ближнего ИК диапазонов. Первый коммерческий суперконтинуумный лазер был выпущен компанией NKT Photonics в 2004 году.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном обзоре рассмотрена лишь малая часть специальных волокон и их возможные применения. Современные предприятия предлагают сцинциляционные, многосердцевинные, аттенюирующие и многие другие волокна, которые позволяют решать уже существующие и постоянно возникающие задачи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. В.Б. Ромашова, М.О. Жукова, Н.В. Буров Обзор радиационно-стойких волокон от зарубежных и отечественных производителей // Фотон-Экспресс. – 2018. – Т.4. - №148. – С. 9-11.
  2. Kakoria A., Sinha-Ray S. A Review on Biopolymer-Based Fibers via Electrospinning and Solution Blowing and Their Applications //Fibers. – 2018. – Т. 6. – №. 3. – С. 45.
  3. Garcia-Ruiz A. et al. Distributed photothermal spectroscopy in microstructured optical fibers: towards high-resolution mapping of gas presence over long distances //Optics express. – 2017. – Т. 25. – №. 3. – С. 1789-1805.
  4. Звелто О. Принципы лазеров/Пер. под науч. ред. ТА Шмаонова. 4-е изд //Спб.: Издательство «Лань. – 2008.
  5. URL: http://www.nufern.com/filestorage/families/file_flyer_49.pdf (дата обращения: 06.08.2018).
  6. Wei C. et al. 34 nm-wavelength-tunable picosecond Ho 3+/Pr 3+-codoped ZBLAN fiber laser //Optics express. – 2017. – Т. 25. – №. 16. – С. 19170-19178.
  7. URL: https://www.rp-photonics.com/fluoride_fibers.html (дата обращения: 06.08.2018).
  8. Yang L. et al. Watt-level mid-infrared supercontinuum generation from 2.7 to 4.25 μm in an erbium-doped ZBLAN fiber with high slope efficiency //Optics Letters. – 2018. – Т. 43. – №. 13. – С. 3061-3064.
  9. Ghunawat A. K. et al. Design Optimization of a Highly Birefringent and Highly Nonlinear Silicon Photonic Crystal Fiber //Optical and Wireless Technologies. – Springer, Singapore, 2018. – С. 301-308.
  10. URL: https://www.nktphotonics.com/lasers-fibers/product/hollow-core-photonic-crystal-fibers/ (дата обращения: 06.08.2018).
DMCA.com Protection Status