Basic Technological Methods of Obtaining Mechanically Stable Low-Loss Single-Mode Microstructured Fibers
Abstract
The influence of two technological approaches to the fabrication from a capillary stack of silica-based single-mode microstructured fiber with a core of 35 μm in diameter, intended for operation in conditions of multiple bending, on optical losses and mechanical strength was studied. It has been determined that achievement of the optimal characteristics requires using a single-stage process (“stack – fiber”) instead of the more common two-stage process (“stack – cane – fiber”). In that case the attenuation level is 2-3 dB/km at the wavelength λ = 1550 nm and the tensile strength is about 5.5 GPa, which is comparable with the same parameters of specialty single-mode fibers made of solid media.
About the Authors
Y. Gatchin
Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics
Russian Federation
Russian Federation
V. Demidov
Research and Technological Institute of Optical Materials All-Russia Scientific Center "S.I. Vavilov State Optical Institute"
Russian Federation
Russian Federation
K. Dukelskii
Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics; The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications
Russian Federation
Russian Federation
P. Zlobin
Research and Technological Institute of Optical Materials All-Russia Scientific Center "S.I. Vavilov State Optical Institute"
Russian Federation
Russian Federation
A. Matrosova
Research and Technological Institute of Optical Materials All-Russia Scientific Center "S.I. Vavilov State Optical Institute"
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Nielsen M.D., Folkenberg J.R., Mortensen N.A. Single-Mode Photonic Crystal Fiber with an Effective Area of 600 μm2 and Low Bending Loss // Electron. Lett. 2003. Vol. 39. No. 25. PP. 1802–1803.
2. Nielsen M.D., Mortensen N.A., Albertsen M., Folkenberg J.R., Bjarklev A., Bonacinni D. Predicting Macrobending Loss for Large-Mode Area Photonic Crystal Fibers // Opt. Express. 2004. Vol. 12. No. 8. PP. 1775–1779.
3. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Комаров А.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Разработка микроструктурированных световодов с большой сердцевиной и исследование их оптических свойств // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 1. С. 77–81.
4. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Ильичев И.В., Козлов А.С., Шамрай А.В., Шевандин В.С. Исследование волноводных свойств маломодовых микроструктурированных волокон с большой сердцевиной // Квантовая электроника. 2010. Т. 40. № 3. С. 254–258.
5. Гатчин Ю.А., Дукельский К.В., Бондаренко И.Б., Садыков А.А., Демидов В.В., Тер-Нерсесянц Е.В. Оптические потери при изгибе одномодового микроструктурированного световода с большой сердцевиной // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 2. С. 246–252.
6. Безбородкин П.В., Быков М.В., Демидов В.В., Дукельский К.В. Микроструктурированные оптические волокна для систем передачи и обработки информации // Труды учебных заведений связи. 2016. Т. 2. № 1. С. 23–27.
7. Демидов В.В. Одномодовые микроструктурированные световоды с круговым расположением пустот для передачи излучения в режиме ограниченной нелинейности // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 8. С. 3–8.
8. Гатчин Ю.А., Демидов В.В., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В. Квазиодномодовые световоды с увеличенным размером сердцевины на основе микроструктур негексагонального типа // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 3. С. 37–42.
9. Minkovich V.P., Kir'yanov A.V., Sotsky A.B., Sotskaya L.I. Large-Mode-Area Holey Fibers with a Few Air Channels in Cladding: Modeling and Experimental Investigation of the Modal Properties // J. Opt. Soc. Am. B. 2004. Vol. 21. No. 6. PP. 1161–1169.
10. Minkovich V.P., Kir'yanov A.V., Calixto Carrera S.A., Sotsky A.B., Sotskaya L.I. Modeling, Fabrication, and Characterization of Large-Mode-Area Photonic Crystal Fibers With Low Bending Loss // Proc. SPIE. 2005. Vol. 5776. PP. 402–408.
11. Napierala M., Nasilowski T., Beres-Pawlik E., Berghmans F., Wojcik J., Thienpont H. Extremely Large-Mode-Area Photonic Crystal Fibre with Low Bending Loss // Opt. Express. 2010. Vol. 18. No. 15. PP. 15408–15418.
12. Napierala M., Nasilowski T., Beres-Pawlik E., Mergo P., Berghmans F., Thienpont H. Large-Mode-Area Photonic Crystal Fiber with Double Lattice Constant Structure and Low Bending Loss // Opt. Express. 2011. Vol. 19. No. 23. PP. 22628–22636.
13. Vaca-Pereira M., Minkovich V.P., Calixto S. Fabrication and Investigation of Large-Mode-Area Photonic Crystal Fibers // Rev. Mex. Fis. 2013. Vol. 59. No. 4. PP. 317–321.
14. Демидов В.В., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Шевандин В.С. Микроструктурированные одномодовые световоды на основе явления дифференциального модового затухания // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 1. С. 52–57.
15. Демидов В.В., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Шевандин В.С. Исследование одномодового режима работы микроструктурированных световодов с каналами вытекания излучения // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 5. С. 65–70.
16. Kobelke J., Gerth K., Kirchhof J., Schuster K., Moerl K., Aichele C. Mechanical and Optical Behavior of Index Guiding Photonic Crystal Fibers (PCF) // Proc. SPIE. 2004. Vol. 5360. PP. 287–298.
17. Косолапов А.Ф., Семенов С.Л., Денисов А.Н. Механические свойства микроструктурированных световодов на основе высокочистого кварцевого стекла // Неорганические материалы. 2007. Т. 43. № 3. С. 362–367.
18. Sonnenfeld C., Sulejmani S., Geernaert T., Eve S., Gomina M., Makara M., Skorupski K., Mergo P., Berghmans F., Thienpont H. Mechanical Reliability of Microstructured Optical Fibers: A Comparative Study of Tensile and Bending Strength // Proc. SPIE. 2012. Vol. 8426. P. 84260Q.
19. Sonnenfeld C., Sulejmani S., Geernaert T., Eve S., Gomina M., Mergo P., Makara M., Skorupski K., Thienpont H., Berghmans F. Mechanical Strength of Microstructured Optical Fibers // J. Lightwave Technol. 2014. Vol. 32. No. 12. PP. 2193–2201.
20. Zhou J., Tajima K., Kurokawa K., Nakajima K., Sankawa I. High Tensile Strength Photonic Crystal Fiber // Optical Fiber Communication Conf. (Los Angeles, California, USA). 2004. Vol. WI. P. WI2.
21. Chakravarthy S.S., Chiu W.K.S. Strength Prediction of Microstructured Optical Fibers // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6193. P. 61930B.
22. Дукельский К.В., Комаров А.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Снижение затухания излучения в микроструктурированных световодах из поликапиллярной сборки до 2-3 дБ/км // Сб. трудов VIII Международной конференции «Прикладная оптика – 2008» (Санкт-Петербург, Россия). 2008. Т. 2. С. 253–256.
23. Демидов В.В., Кулеш А.Ю., Пасишник А.С., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В. Исследование прочностных характеристик кварцевых световодов с микроструктурированной оболочкой в эпоксиакрилатном и металлическом покрытиях // Фотон-Экспресс. 2015. № 6. С. 119–120.
24. Russell P.St.J. Photonic-Crystal Fibers // J. Lightwave Technol. 2006. Vol. 24. No. 12. PP. 4729–4749.
25. Демидов В.В., Дукельский К.В., Шевандин В.С. Модовый состав излучения в микроструктурированных световодах со смещенной сердцевиной // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 6. С. 55–60.
26. Demidov V.V. Large-Core Microstructured Fibers with Asymmetric Cladding Design for Practical Single-Mode Operation // Proc. SPIE. 2012. Vol. 8426. P. 84261H.
27. Demidov V., Ter-Nersesyants E. New Possibilities of Higher-Order Mode Filtering in Large-Mode-Area Photonic Crystal Fibers // Proc. SPIE. 2014. Vol. 9128. P. 91280S.
28. Mortensen N.A. Effective Area of Photonic Crystal Fibers // Opt. Express. 2002. Vol. 10. No. 7. PP. 341–348. 29. URL: https://www.comsol.com
29. Hui R., O'Sullivan M. Fiber Optic Measurement Techniques. Burlington & San Diego (USA): Elsevier, 2009. 672 p.
30. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964. 275 с.
31. Kurkjian C.R., Krause J.T., Matthewson M.J. Strength and Fatigue of Silica Optical Fibers // J. Lightwave Technol. 1989. Vol. 7. No. 9. PP. 1360–1370.
32. Дукельский К.В., Ероньян М.А., Мешковский И.К., Комаров А.В., Кулеш А.Ю., Ромашова Е.И., Тер-Нерсесянц Е.В. Повышение поляризационной устойчивости анизотропных одномодовых кварцевых световодов с эллиптичной напрягающей оболочкой // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 12. С. 92–94.
Review
For citations:
Gatchin Y., Demidov V., Dukelskii K., Zlobin P., Matrosova A. Basic Technological Methods of Obtaining Mechanically Stable Low-Loss Single-Mode Microstructured Fibers. Proceedings of Telecommunication Universities. 2017;3(4):29-35. (In Russ.)
Views:
439
Email this article 