МОДОВАЯ ДИСКРИМИНАЦИЯ В МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СВЕТОВОДАХ С ТРИГОНАЛЬНОЙ СИММЕТРИЕЙ ОБОЛОЧКИ
https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-2-26-34
Аннотация
Предложена и численно проанализирована конструкция микроструктурированного световода с сердцевиной диаметром 35 мкм и тригональной вращательной симметрией оболочки, обеспечивающей более 50 % дискриминации высших модовых компонент. На основе сравнения значений эффективной площади поля и пространственного распределения интенсивности излучения фундаментальной и группы наиболее конкурентных мод высшего порядка показано, что оптические элементы с отношением пустот малого и большого диаметра d2/d1 = 0,40 в рамках рассматриваемой симметрии способны поддерживать квазиодномодовый режим в пассивном и активном исполнении на длине волны 1550 нм.
Об авторе
К. В. Дукельский
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Россия
Россия
Список литературы
1. Russell P. Photonic Crystal Fibers // Science. 2003. Vol. 299. Iss. 5605. PP. 358-362. DOI:10.1126/science.1079280
2. Russell P.St.J. Photonic-Crystal Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2006. Vol. 24. Iss. 12. PP. 4729-4749.
3. Arismar C.S.Jr. Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers // Reports on Progress in Physics. 2010. Vol. 73. Iss. 2. DOI:10.1088/0034-4885/73/2/024401
4. Tünnermann A., Schreiber T., Röser F., Liem A., Höfer S., Zellmer H., et al. The renaissance and bright future of fibre lasers // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 2005. Vol. 38. Iss. 9. PP. S681-S693. DOI:10.1088/0953-4075/38/9/016
5. Knight J.C. Photonic crystal fibers and fiber lasers (Invited) // Journal of the Optical Society of America B. 2007. Vol. 24. Iss. 8. PP. 1661-1668. DOI:10.1364/JOSAB.24.001661
6. Richardson D.J., Nilsson J., Clarkson W.A. High power fiber lasers: current status and future perspectives [Invited] // Journal of the Optical Society of America B. 2010. Vol. 27. Iss. 11. PP. B63-B92. DOI:10.1364/JOSAB.27.000B63
7. Dong L. Advanced Optical Fibers for High Power Fiber Lasers // Advances in Optical Fiber Technology: Fundamental Optical Phenomena and Applications. 2015. PP. 221-252. DOI:10.5772/58958
8. Limpert J., Deguil-Robin N., Manek-Hönninger I., Salin F., Röser F., Liem A., et al. High-power rod-type photonic crystal fiber laser // Optics Express. 2005. Vol. 13. Iss. 4. PP. 1055-1058. DOI:10.1364/OPEX.13.001055
9. Limpert J., Schmidt O., Rothhardt J., Röser F., Schreiber T., Tünnermann A., et al. Extended single-mode photonic crystal fiber lasers // Optics Express. 2006. Vol. 14. Iss. 7. PP. 2715-2720. DOI:10.1364/OE.14.002715
10. Schmidt O., Rothhardt J., Eidam T., Röser F., Limpert J., Tünnermann A., et al. Single-polarization ultra-large-mode-area Yb-doped photonic crystal fiber // Optics Express. 2008. Vol. 16. Iss. 6. PP. 3918-3923. DOI:10.1364/OE.16.003918
11. Stutzki F., Jansen F., Eidam T., Steinmetz A., Jauregui C., Limpert J., et al. High average power large-pitch fiber amplifier with robust single-mode operation // Optics Letters. 2011. Vol. 36. Iss. 5. PP. 689-691. DOI:10.1364/OL.36.000689
12. Jansen F., Stutzki F., Liem A., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. 26 mJ pulse energy Q-switched large-pitch fiber laser systems with excellent beam quality // Proceedings of SPIE LASE. Fiber Lasers IX: Technology, Systems, and Applications (San Francisco, USA, 21-26 January 2012). SPIE. Digital Library, 2012. Vol. 8237. DOI:10.1117/12.908261
13. Gaida C., Stutzki F., Jansen F., Otto H.-J., Eidam T., Jauregui C., et al. Triple-clad large-pitch fibers for compact high-power pulsed fiber laser systems // Optics Letters. 2014. Vol. 39. Iss. 2. PP. 209-211. DOI:10.1364/OL.39.000209
14. Otto H.-J., Stutzki F., Modsching N., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. 2 kW average power from a pulsed Yb-doped rod-type fiber amplifier // Optics Letters. 2014. Vol. 39. Iss. 22. PP. 6446-6449. DOI:10.1364/OL.39.006446
15. Stutzki F., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. Optimizing large-pitch fibers for higher average powers // Proceedings of SPIE. Photonics Europe. Micro-Structured and Specialty Optical Fibres IV (Brussels, Belgium, 3-7 April 2016). SPIE. Digital Library, 2016. Vol. 9886. DOI:10.1117/12.2230657
16. Brooks C.D., Di Teodoro F. Multimegawatt peak-power, single-transverse-mode operation of a 100 μm core diameter, Yb-doped rodlike photonic crystal fiber amplifier // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89. Iss. 11. DOI:10.1063/1.2348742
17. Eidam T., Rothhardt J., Stutzki F., Jansen F., Hädrich S., Carstens H., et al. Fiber chirped-pulse amplification system emitting 3.8 GW peak power // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 1. PP. 255-260. DOI:10.1364/OE.19.000255
18. Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. High-power fibre lasers // Nature Photonics. 2013. Vol. 7. PP. 861-867. DOI:10.1038/nphoton.2013.273
19. Jansen F., Stutzki F., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. Avoided crossings in photonic crystal fibers // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 14. PP. 13578-13589. DOI:10.1364/OE.19.013578
20. Poli F., Coscelli E., Alkeskjold T.T., Passaro D., Cucinotta A., Leick L., et al. Cut-off analysis of 19-cell Yb-doped double- cladding rod-type photonic crystal fibers // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 10. PP. 9896-9907. DOI:10.1364/OE.19.009896
21. Coscelli E., Poli F., Alkeskjold T.T., Salin F., Leick L., Broeng J., et al. Single-Mode Design Guidelines for 19-Cell Double- Cladding Photonic Crystal Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2012. Vol. 30. Iss. 12. PP. 1909-1914.
22. Poli F., Coscelli E., Alkeskjold T.T., Sozzi M., Cucinotta A., Selleri S., et al. Avoided-crossing based modal cut-off analysis of 19-cell double-cladding photonic crystal fibers // Proceedings of SPIE LASE. Fiber Lasers IX: Technology, Systems, and Applications (San Francisco, USA, 21-26 January 2012). SPIE. Digital Library, 2012. Vol. 8237. DOI:10.1117/12.906381
23. Jansen F., Stutzki F., Otto H.-J., Eidam T., Liem A., Jauregui C., et al. Thermally induced waveguide changes in active fibers // Optics Express. 2012. Vol. 20. Iss. 4. PP. 3997-4008. DOI:10.1364/OE.20.003997
24. Stutzki F., Jansen F., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. Non-hexagonal Large-Pitch Fibers for enhanced mode discrimination // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 13. PP. 12081-12086. DOI:10.1364/OE.19.012081
25. Stutzki F., Jansen F., Otto H.-J., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. Designing advanced very-large-mode-area fibers for power scaling of fiber-laser systems // Optica. 2014. Vol. 1. Iss. 4. PP. 233-242. DOI:10.1364/OPTICA.1.000233
26. Coscelli E., Molardi C., Poli F., Cucinotta A., Selleri S. Double-cladding photonic crystal fibers with reduced cladding symmetry for Tm-doped lasers // Proceedings of SPIE. Photonics Europe. Micro-Structured and Specialty Optical Fibres III (Brussels, Belgium, 13-17 April 2014). SPIE. Digital Library, 2014. Vol. 9128. DOI:10.1117/12.2051624
27. Poli F., Coscelli E., Cucinotta A., Selleri S., Salin F. Single-Mode Propagation in Yb-Doped Large Mode Area Fibers With Reduced Cladding Symmetry // IEEE Photonics Technology Letters. 2014. Vol. 26. Iss. 24. PP. 2454-2457. DOI:10.1109/LPT.2014.2358690
28. Rosa L., Coscelli E., Poli F., Cucinotta A., Selleri S. Full-vector modeling of a thermally-driven gain competition in Yb- doped reduced symmetry photonic-crystal fiber // Optical and Quantum Electronics. 2016. Vol. 48. Iss. 3. DOI:10.1007/s11082-016-0493-2
29. Demidov V.V., Dukel'skii K.V., Ter-Nersesyants E.V., Shevandin V.S. Microstructured single-mode lightguides based on the phenomenon of differential mode damping // Journal of Optical Technology. 2012. Vol. 79. Iss. 1. PP. 36-40. DOI:10.1364/ JOT.79.000036
30. Demidov V., Ter-Nersesyants E. New possibilities of higher-order mode filtering in large-mode-area photonic crystal fibers // Proceedings of SPIE. Photonics Europe. Micro-Structured and Specialty Optical Fibres III (Brussels, Belgium, 13-17 April 2014). SPIE. Digital Library, 2014. Vol. 9128. DOI:10.1117/12.2051731
31. COMSOL Group. URL: http://www.comsol.com (дата обращения 18.06.2019)
32. Saitoh K., Koshiba M. Full-vectorial finite element beam propagation method with perfectly matched layers for anisotropic optical waveguides // Journal of Lightwave Technology. 2001. Vol. 19. Iss. 3. PP. 405-413. DOI:10.1109/50.918895
33. 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.
34. Демидов В.В., Дукельский К.В., Леонов С.О., Матросова А.С. Нелинейно-оптические преобразования пикосекундных лазерных импульсов в многомодовых микроструктурированных световодах с умеренной нелинейностью // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 61-66. DOI:10.31854/1813-324x-2018-1-61-66
35. Ананьев В.А., Демидов В.В., Леонов С.О., Никоноров Н.В. Полые антирезонансные световоды с большой эффективной площадью модового поля для работы в ближней и средней ИК-областях спектра // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 1. С. 6-14. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-1-6-14
36. Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. Burlington: Academic Press, 2012. 648 p.
37. Olszewski J., Szpulak M., Urbanczyk W. Effect of coupling between fundamental and cladding modes on bending losses in photonic crystal fibers // Optics Express. 2005. Vol. 13. Iss. 16. PP. 6015-6022. DOI:10.1364/OPEX.13.006015
38. Guobin R., Zhi W., Shuqin L., Shuisheng J. Mode classification and degeneracy in photonic crystal fibers // Optics Express. 2003. Vol. 11. Iss. 11. PP. 1310-1321. DOI:10.1364/OE.11.001310
39. Mortensen N.A. Effective area of photonic crystal fibers // Optics Express. 2002. Vol. 10. Iss. 7. PP. 341-348. DOI:10.1364/OE.10.000341
40. Kuhlmey B.T., McPhedran R.C., de Sterke C.M. Modal cutoff in microstructured optical fibers // Optics Letters. 2002. Vol. 27. Iss. 19. PP. 1684-1686. DOI:10.1364/OL.27.001684
41. 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. DOI:10.17586/2226-1494-2015-15-2-246-252
42. 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 // Electronics Letters. 2003. Vol. 39. Iss. 25. DOI:10.1049/el:20031155
43. Dauliat R., Gaponov D., Benoit A., Salin F., Schuster K., Jamier R., et al. Inner cladding microstructuration based on symmetry reduction for improvement of singlemode robustness in VLMA fiber // Optics Express. 2013. Vol. 21. Iss. 16. PP. 18927-18936. DOI:10.1364/OE.21.018927
Рецензия
Для цитирования:
Дукельский К.В. МОДОВАЯ ДИСКРИМИНАЦИЯ В МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СВЕТОВОДАХ С ТРИГОНАЛЬНОЙ СИММЕТРИЕЙ ОБОЛОЧКИ. Труды учебных заведений связи. 2019;5(2):26-34. https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-2-26-34
For citation:
Dukelskii K... Modal Discrimination in Microstructured Fibers with a Trigonal Cladding Symmetry. Proceedings of Telecommunication Universities. 2019;5(2):26-34. (In Russ.) https://doi.org/10.31854/1813-324X-2019-5-2-26-34
Просмотров:
356
Послать статью по эл. почте 