RU2340921C1 - Single-mode crystalline infrared light waveguide - Google Patents
Single-mode crystalline infrared light waveguide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340921C1 RU2340921C1 RU2007132508/28A RU2007132508A RU2340921C1 RU 2340921 C1 RU2340921 C1 RU 2340921C1 RU 2007132508/28 A RU2007132508/28 A RU 2007132508/28A RU 2007132508 A RU2007132508 A RU 2007132508A RU 2340921 C1 RU2340921 C1 RU 2340921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- fiber
- mode
- silver
- silver chloride
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи и предназначено для передачи информации по одномодовым кристаллическим инфракрасным (ИК) световодам в широком спектральном диапазоне (3-30 мкм).The invention relates to fiber-optic communication systems and is intended to transmit information via single-mode crystalline infrared (IR) optical fibers in a wide spectral range (3-30 μm).
Межмодовая дисперсия в многомодовом оптическом волокне существенно ограничивает его информационную пропускную способность. Для ее устранения волокно необходимо проектировать таким образом, чтобы в нем распространялась только одна мода [Дж.Гауэр. Оптические системы связи. Перевод с английского под редакцией А.И.Ларкина. М.: Радио и связь, 1989, с.141]. Такой эффект достигается путем уменьшения разности показателей преломления сердцевины и оболочки, уменьшением диаметра сердцевины световода или смещением рабочей длины волны световода в инфракрасный диапазон спектра.Intermode dispersion in a multimode optical fiber significantly limits its information throughput. To eliminate it, the fiber must be designed in such a way that only one mode propagates in it [J. Gower. Optical communication systems. Translation from English edited by A.I. Larkin. M .: Radio and communication, 1989, p.141]. This effect is achieved by reducing the difference in the refractive indices of the core and cladding, reducing the diameter of the core of the fiber or shifting the working wavelength of the fiber into the infrared range of the spectrum.
Известен ИК-световод на основе галогенидов серебра. Сердцевина световода выполнена из бромида серебра, а оболочка - из бромида серебра с включением хлорида серебра. Но волокно смоделировано таким образом, что пропускает двенадцать мод, а не одну, т.е. является многомодовым [Е.Rave, A.Katzir. Mid-IR photonic crystal fibers. Book of Abstracts of 6th International Conference on "Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices", St Petersburg, Russia, 2004, p.57-58].Known infrared fiber based on silver halides. The core of the fiber is made of silver bromide, and the sheath is made of silver bromide with the inclusion of silver chloride. But the fiber is modeled in such a way that it passes twelve modes, and not one, i.e. is multimode [E. Rave, A. Katzir. Mid-IR photonic crystal fibers. Book of Abstracts of 6 th International Conference on "Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices", St Petersburg, Russia, 2004, p. 57-58].
Известны двухслойные галогенидсеребряные световоды с малым диаметром сердцевины, предназначенные для передачи излучения в среднем ИК-диапазоне спектра. Однако авторы дают только теоретическую оценку одномодового волокна и не приводят конкретных данных по его получению [Sh. Shalem, A. Katzir. Silver halide Mid-IR transmitting core/clad fibers with small cores. Mid-IR photonic crystal fibers, Book of Abstracts of 6th International Conference on "Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices", St Petersburg, Russia, 2004, p.145-146].Two-layer silver halide fibers with a small core diameter are known for transmitting radiation in the mid-IR range. However, the authors give only a theoretical assessment of a single-mode fiber and do not provide specific data on its production [Sh. Shalem, A. Katzir. Silver halide Mid-IR transmitting core / clad fibers with small cores. Mid-IR photonic crystal fibers, Book of Abstracts of 6 th International Conference on "Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices", St Petersburg, Russia, 2004, p.145-146].
Известен световод для ИК-области спектра [Патент РФ №2174247 от 27.09.01. Световод для инфракрасной области спектра // Жукова Л.В., Зелянский А.В., Жуков В.В., Китаев Г.А.], который состоит из сердцевины AgCl-AgBr-AgJ, взятых в определенных соотношениях, и отражающей оболочки AgCl-AgBr. Но этот двухслойный световод также является многомодовым.Known optical fiber for the infrared region [RF Patent No. 2174247 from 09/27/01. The optical fiber for the infrared region of the spectrum // Zhukova LV, Zelyansky AV, Zhukov VV, Kitaev GA], which consists of the core AgCl-AgBr-AgJ, taken in certain ratios, and a reflective sheath AgCl-AgBr. But this two-layer fiber is also multimode.
Наиболее близким техническим решением является галогенидсеребряный световод для среднего инфракрасного диапазона спектра [S.Shalem, A.Tsun, E.Rave et al. Silver halide single - mode fibers for the middle infrared. Applied Physics Letters, 87, 091103 (2005)]. Сердцевина световода имеет диаметр 50-60 мкм и выполнена из твердого раствора состава AgCl0.6Br0.4, т.е. в мас.% AgCl - 60, AgBr - 40, а оболочка с внешним диаметром 900 мкм состоит из твердого раствора в мас.%: AgCl - 62 и AgBr - 38. При этом относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки составляет Δ=0,0015б при числовой апертуре NA=0,117 и нормализованной частоте V≈2,05 на длине волны λ=10,6 мкм. Авторы показывают, что энергия, выходящая из торца световода, имеет вид функции гауссовского распределения, что является признаком возбуждения только фундаментальной моды, т.е. волокно ведет себя как одномодовое.The closest technical solution is a silver halide fiber for the middle infrared range [S.Shalem, A. Tsun, E. Rave et al. Silver halide single - mode fibers for the middle infrared. Applied Physics Letters, 87, 091103 (2005)]. The fiber core has a diameter of 50-60 μm and is made of a solid solution of AgCl 0.6 Br 0.4 composition, i.e. in wt.% AgCl - 60, AgBr - 40, and the shell with an outer diameter of 900 μm consists of a solid solution in wt.%: AgCl - 62 and AgBr - 38. In this case, the relative difference between the refractive indices of the core and the shell is Δ = 0, 0015b at the numerical aperture NA = 0.117 and the normalized frequency V≈2.05 at a wavelength of λ = 10.6 μm. The authors show that the energy emerging from the end of the fiber has the form of a Gaussian distribution function, which is a sign of excitation of only the fundamental mode, i.e. the fiber behaves as a single mode.
Но получить кристаллы на основе твердых растворов с одинаковым показателем преломления по высоте и диаметру возможно при условии, если они отвечают составу точки минимума, либо составу вблизи этой точки на диаграмме плавкости системы AgCl-AgBr (см. чертеж).But it is possible to obtain crystals based on solid solutions with the same refractive index in height and diameter provided that they correspond to the composition of the minimum point or to the composition near this point in the melting diagram of the AgCl-AgBr system (see drawing).
Кроме того, невозможно получить двухслойный световод на основе указанных галогенидов с такой малой величиной относительной разности показателей преломления сердцевины и оболочки Δ=0,00156 из-за процесса диффузии.In addition, it is impossible to obtain a two-layer fiber based on these halides with such a small value of the relative difference between the refractive indices of the core and cladding Δ = 0.00156 due to the diffusion process.
Задачей изобретения является получение одномодовых кристаллических ИК-световодов на основе твердых растворов хлоридбромида серебра, предназначенных для работы в широком спектральном диапазоне (3-30 мкм).The objective of the invention is to obtain single-mode crystalline infrared optical fibers based on solid solutions of silver chloride bromide, designed to operate in a wide spectral range (3-30 microns).
Поставленная задача решается за счет того, что одномодовый кристаллический ИК-световод на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра имеет сердцевину диаметром 20-110 мкм, содержащую ингредиенты при следующем соотношении в мас.%:The problem is solved due to the fact that a single-mode crystalline IR optical fiber based on solid solutions of silver chloride-bromide has a core with a diameter of 20-110 μm containing ingredients in the following ratio in wt.%:
а оболочка содержит те же ингредиенты при следующем соотношении в мас.%:and the shell contains the same ingredients in the following ratio in wt.%:
что позволяет получать двухслойные инфракрасные световоды, в которых распространяется одна фундаментальная мода.which makes it possible to obtain two-layer infrared optical fibers in which one fundamental mode propagates.
Преимущества перед прототипом:Advantages over prototype:
сердцевина нового одномодового ИК-световода получена методом экструзии из совершенных по структуре кристаллов на основе твердых растворов AgCl-AgBr, т.к. они отвечают составу точки минимума на диаграмме плавкости этой системы, которая имеет координаты Tmin=685К, 
Составы кристаллов, из которых выполнена оболочка для одномодовых ИК-световодов, незначительно отличаются от состава кристаллов, отвечающих точке минимума. Поэтому выращивают также однородные по высоте и диаметру кристаллы такого состава, чтобы разность показателей преломления сердцевины и оболочки была 0,01-0,04.The composition of the crystals of which the cladding is made for single-mode infrared optical fibers does not differ significantly from the composition of the crystals corresponding to the minimum point. Therefore, crystals of such composition are also grown that are uniform in height and diameter so that the difference in the refractive indices of the core and shell is 0.01-0.04.
Для работы на длинах волн 10,6 мкм и 30 мкм диаметр сердцевины световода 20-110 мкм, оболочки - 700-900 мкм (см. примеры). Причем при смещении рабочей длины волны световода в ПК-диапазон (30 мкм) диаметр сердцевины значительно увеличивается, что облегчает введение излучения в световод.For operation at wavelengths of 10.6 μm and 30 μm, the diameter of the core of the fiber is 20-110 μm, and the cladding is 700-900 μm (see examples). Moreover, when the working wavelength of the fiber is shifted to the PC range (30 μm), the core diameter increases significantly, which facilitates the introduction of radiation into the fiber.
Одномодовость новых ИК-световодов определяет параметр нормализованной частоты V=2,0 [Дж.Гауэр. Оптические системы связи. Перевод с английского под редакцией А.И.Ларкина. М.: Радио и связь, 1989, с.128, 141] при числовой апертуре NA=0,21-0,42 и дополнительном угле полного внутреннего отражения θc=12-25°.The single-mode nature of new infrared fibers determines the parameter of the normalized frequency V = 2.0 [J. Gauer. Optical communication systems. Translation from English edited by A.I. Larkin. M .: Radio and communication, 1989, p.128, 141] with a numerical aperture NA = 0.21-0.42 and an additional angle of total internal reflection θ c = 12-25 °.
Пример 1.Example 1
Для работы на длине волны 10,6 мкм изготовлен оболочечный световод с внешним диаметром 900 мкм. Сердцевина диаметром 39 мкм имеет состав в мас.%:For operation at a wavelength of 10.6 μm, a clad fiber was manufactured with an external diameter of 900 μm. The core with a diameter of 39 μm has a composition in wt.%:
оболочка содержит в мас.%:the shell contains in wt.%:
Разность показателей преломления сердцевины и оболочки составляет 0,01 при числовой апертуре 0,21; нормализованная частота равна 2, дополнительный угол ввода электромагнитного излучения в световод составляет 12°.The difference between the refractive indices of the core and the shell is 0.01 at a numerical aperture of 0.21; the normalized frequency is 2, the additional angle of input of electromagnetic radiation into the fiber is 12 °.
Проведена съемка торца световода. Излучение на выходе из сердцевины волокна имеет вид гауссовской функции. Такое распределение энергии указывает на распространение одной фундаментальной моды и, следовательно, подтверждает одномодовый режим работы волокна. [S.Shalem, A.Tsun, E.Rave and et. al. Silver halide single-mode fibers for the middle infrared. Applied physics letters 87, 091103 (2005)]The end of the fiber was shot. The radiation at the exit from the fiber core has the form of a Gaussian function. Such an energy distribution indicates the propagation of one fundamental mode and, therefore, confirms the single-mode fiber mode of operation. [S.Shalem, A. Tsun, E. Rave and et. al. Silver halide single-mode fibers for the middle infrared. Applied physics letters 87, 091103 (2005)]
Пример 2.Example 2
Методом экструзии изготовили двухслойный световод с внешним диаметром 800 мкм. Световод предназначен для работы на длине волны 10,6 мкм. Состав сердцевины в мас.%:An extrusion method produced a two-layer fiber with an external diameter of 800 μm. The optical fiber is designed to operate at a wavelength of 10.6 μm. The composition of the core in wt.%:
при диаметре 23 мкм, числовой апертуре 0,36; разности показателей преломления сердцевины и оболочки 0,03 и дополнительном угле ввода в световод 21°. Нормализованная частота равна 2. Состав оболочки в мас.%:with a diameter of 23 microns, a numerical aperture of 0.36; the difference in the refractive indices of the core and shell is 0.03 and the additional angle of entry into the fiber is 21 °. The normalized frequency is 2. Shell composition in wt.%:
Проведена съемка торца световода как в примере 1. Вид регистрируемого на выходе из сердцевины световода излучения дает возможность говорить о наличии моды низкого порядка НЕ11, т.е. об одномодовом инфракрасном кристаллическом световоде.The fiber end face was shot as in Example 1. The type of radiation detected at the output from the core of the fiber makes it possible to speak of the presence of a low-order mode HE 11 , i.e. about a single-mode infrared crystal waveguide.
Пример 3.Example 3
Изготовили ИК-световод с внешним диаметром 700 мкм для работы на длине волны 10,6 мкм, который состоит из сердцевины диаметром 20 мкм состава в мас.%:An IR fiber with an external diameter of 700 μm was manufactured for operation at a wavelength of 10.6 μm, which consists of a core with a diameter of 20 μm of the composition in wt.%:
и оболочки состава в мас.%:and shell composition in wt.%:
Разность показателей преломления сердцевины и оболочки равна 0,04 при числовой апертуре 0,42. Значение дополнительного угла полного внутреннего отражения 25°, нормализованная частота равна 2.The difference in the refractive indices of the core and shell is 0.04 with a numerical aperture of 0.42. The value of the additional angle of total internal reflection is 25 °; the normalized frequency is 2.
При съемке торца световода излучение в поперечном его сечении имеет вид гауссовской функции, что подтверждает изготовление одномодового кристаллического ИК-световода.When shooting the end of the fiber, the radiation in its cross section has the form of a Gaussian function, which confirms the manufacture of a single-mode crystalline infrared fiber.
Пример 4.Example 4
Изготовлен двухслойный одномодовый ИК-световод с внешним диаметром 900 мкм, предназначенный для работы на длине волны 30 мкм. Состав сердцевины в мас.%:A two-layer single-mode infrared optical fiber with an external diameter of 900 μm was designed for operation at a wavelength of 30 μm. The composition of the core in wt.%:
состав оболочки в мас.%:shell composition in wt.%:
Диаметр сердцевины составляет 110 мкм при разности показателей преломления 0,01; дополнительном угле ввода излучения в волокно 12° и числовой апертуре 0,21; нормализованная частота равна 2.The core diameter is 110 μm with a refractive index difference of 0.01; additional angle of radiation input into the fiber 12 ° and a numerical aperture of 0.21; the normalized frequency is 2.
При сканировании торца световода вид выходящего излучения имеет гаусовскую функцию распределения энергии. Это свидетельствует о наличии моды низшего порядка и подтверждает изготовление одномодового кристаллического ИК-световода.When scanning the end of the fiber, the type of output radiation has a Gaussian energy distribution function. This indicates the presence of a lower-order mode and confirms the fabrication of a single-mode crystalline infrared fiber.
Пример 5.Example 5
Одномодовый ИК-световод с внешним диаметром оболочки 800 мкм и составом сердцевины в мас.%:Single-mode infrared optical fiber with an external sheath diameter of 800 μm and a core composition in wt.%:
и оболочки в мас.%:and shell in wt.%:
при этом имеет диаметр сердцевины 78 мкм при Δn=0,02; NA=0,3; V=2 и θ=17°. Световод предназначен для работы на длине волны 30 мкм.it has a core diameter of 78 μm with Δn = 0.02; NA = 0.3; V = 2 and θ = 17 °. The light guide is designed to operate at a wavelength of 30 microns.
Распределение энергии излучения на выходе из сердцевины световода в виде гауссианы указывает на его одномодовый режим работы.The distribution of the radiation energy at the exit from the core of the fiber in the form of a Gaussian indicates its single-mode operation.
Пример 6.Example 6
Состав сердцевины и оболочки двухслойного ИК-световода - как в примере 3, при тех же значениях разности показателя преломления сердцевины и оболочки, числовой апертуре, нормализованной частоте и угле ввода излучения. Но световод имеет диаметр сердцевины, равный 55 мкм, и работает на длине волны 30 мкм.The composition of the core and cladding of a two-layer IR fiber is as in example 3, with the same values of the difference in the refractive index of the core and cladding, numerical aperture, normalized frequency and angle of radiation input. But the fiber has a core diameter of 55 μm, and operates at a wavelength of 30 μm.
Проведена съемка торца световода как в примере 1. Наличие моды низкого порядка НЕ11 подтверждается распределением излучения в виде гауссовской функции, т.е. световод является одномодовым.The fiber end face was shot as in Example 1. The presence of a low-order mode HE 11 is confirmed by the radiation distribution in the form of a Gaussian function, i.e. The fiber is single-mode.
Пример 7.Example 7
При разности показателей преломления сердцевины и оболочки более 0,04 технологически сложно изготовить двухслойный световод с диаметром сердцевины менее 20 мкм. При этом повышается чувствительность волокна к потерям на изгиб.When the difference in refractive indices of the core and cladding is more than 0.04, it is technologically difficult to produce a two-layer fiber with a core diameter of less than 20 μm. This increases the sensitivity of the fiber to bending loss.
Пример 8.Example 8
При изготовлении двухслойного световода с диаметром сердцевины более 39 мкм при работе на длине волны 10,6 мкм и световода диаметром более 110 мкм при работе на длине волны 30 мкм при Δn, θ и NA как в примерах 1 и 4, но при этом V=3, наблюдается многомодовый режим работы [Дж.Гауэр. Оптические системы связи. Перевод с английского под редакцией А.И.Ларкина. М.: Радио и связь, 1989, с.128].In the manufacture of a two-layer fiber with a core diameter of more than 39 microns when working at a wavelength of 10.6 microns and a fiber with a diameter of more than 110 microns when working at a wavelength of 30 microns with Δn, θ and NA as in examples 1 and 4, but with V = 3, there is a multimode mode of operation [J. Gower. Optical communication systems. Translation from English edited by A.I. Larkin. M .: Radio and communication, 1989, p.128].
Технический результат позволяет получать одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод благодаря новым составам кристаллов, из которых изготовлены методом экструзии оболочка и сердцевина. Причем кристаллы, из которых выполнена сердцевина, отвечают точке минимума на диаграмме плавкости системы AgCl-AgBr (см. чертеж), где состав жидкой и твердой фаз одинаковы. Вследствие этого кристаллы вырастают однородными и имеют совершенную структуру.The technical result allows to obtain a single-mode two-layer crystalline infrared fiber due to new crystal compositions, of which the cladding and the core are made by extrusion. Moreover, the crystals of which the core is made correspond to the minimum point in the melting diagram of the AgCl-AgBr system (see drawing), where the composition of the liquid and solid phases are the same. As a result, the crystals grow homogeneous and have a perfect structure.
При Δn=0,01-0,04 рассчитывают и изготавливают сердцевину световода определенного диаметра с оптимальными значениями NA, θ и V для работы на заданной длине волны ИК-диапазона спектра (3-30 мкм).At Δn = 0.01-0.04, a fiber core of a certain diameter is calculated and manufactured with optimal values of NA, θ and V for operation at a given wavelength of the infrared range of the spectrum (3-30 μm).
Можно спроектировать и изготовить одномодовые ИК-световоды с указанным составом сердцевины для работы на любой длине волны приведенного ИК-диапазона.It is possible to design and manufacture single-mode infrared optical fibers with the specified core composition for operation at any wavelength of the reduced infrared range.
В примерах 1-6 приведены одномодовые ИК-световоды и их характеристики, предназначенные для работы на длинах волн 10,6 мкм и 30 мкм.Examples 1-6 show single-mode infrared optical fibers and their characteristics designed to operate at wavelengths of 10.6 μm and 30 μm.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132508/28A RU2340921C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Single-mode crystalline infrared light waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132508/28A RU2340921C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Single-mode crystalline infrared light waveguide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2340921C1 true RU2340921C1 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=40194463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007132508/28A RU2340921C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Single-mode crystalline infrared light waveguide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2340921C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709371C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing infrared fiber assemblies based on silver halide light guides |
-
2007
- 2007-08-28 RU RU2007132508/28A patent/RU2340921C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709371C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing infrared fiber assemblies based on silver halide light guides |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10826264B2 (en) | Supercontinuum source | |
| DK1930753T3 (en) | Optical fiber having a high Brillouin threshold strength and low bending | |
| CN104685394B (en) | Multimode fibre and system comprising the optical fiber | |
| CN107250856B (en) | Multi-core optical fiber | |
| CN106291808B (en) | A kind of ultralow attenuation large effective area single mode optical fiber | |
| US20180156987A1 (en) | Optical connection component | |
| CN104635296A (en) | Long-distance laser energy transmission optical fiber | |
| CN102334247A (en) | Fiber laser device and light amplifying method | |
| Choyon et al. | Multifunctional chalcogenide (As2S3, As2Se3) dual-core photonic crystal fiber with elliptical air-hole for mid-IR optical communications: Design and analysis | |
| Lin et al. | Wide-angle low-loss single-mode symmetric Y-junctions | |
| CN101271176A (en) | Laser beam optical fiber transmission device in laser sodium guide star technology | |
| RU2340921C1 (en) | Single-mode crystalline infrared light waveguide | |
| RU2413257C2 (en) | Single-mode double-layer crystalline infrared optical waveguide | |
| DK2260549T3 (en) | HIGH POWER LASER FIBER SYSTEM | |
| RU2340920C1 (en) | Single-mode bi-layered crystalline infrared light waveguide | |
| US20230305233A1 (en) | Apparatus for Guiding Light from an Input Side to an Output Side | |
| RU2504806C1 (en) | Single-mode double-layer crystalline infrared light-guide | |
| Frank et al. | Scanning Cutback Method for Characterization of Bragg Fibers | |
| RU2506615C1 (en) | Infrared light guide with large mode field diameter | |
| RU2816746C1 (en) | Double-layer silver halide infrared light guide | |
| RU2819347C1 (en) | Method of producing double-layer silver halide infrared light guides | |
| Cui et al. | Pump coupling optimization of a native inhomogeneous planar waveguide laser | |
| Demidov et al. | Modal composition of radiation in microstructured lightguides with a displaced core | |
| Langner et al. | Fused silica step-index fibers tailored for applications from UV to IR wavelength range | |
| US20040161199A1 (en) | Photonic crystal fiber coupler and fabricating method thereof |