스폿 크기 및 조리개 수치 변환을 위한 테이퍼형 홀리 섬유

소환

테이퍼 홀리 섬유; GE 타운과 JT Lizier

키워드

• 홀리 광섬유
• 테이퍼 섬유
• 단열 테이퍼링
• 스팟 크기 변환
• 조리개 변환
• 효과적인 지수 모델
• 유한차분시간영역(FDTD)

짧은

단열적으로 테이퍼링된 구멍이 있는 섬유는 표준 스텝-인덱스 섬유 테이퍼와 관련된 문제 없이 낮은 손실로 유도 모드 필드 분포의 실질적인 크기 조정 및 재형성을 수행할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

요약

단열적으로 테이퍼링된 홀리 섬유(HF)는 광섬유 스폿 크기와 개구수를 변환하는 데 잠재적으로 유용합니다. 테이퍼형 HF는 치수가 점진적으로 변하는 구멍이 있는 광섬유입니다. 이러한 점진적인 변화는 반사 및 복사로 인한 손실을 최소화하여 광대역 임피던스 변환 및 모달 필드 분포의 확장을 허용합니다. HF는 내부 전반사를 통해 빛을 안내합니다. 섬유에 구멍이 없으면 코어가 형성되고, 주변에 배열된 공기 구멍은 낮은 유효 지수 클래딩을 생성합니다.

표준 스텝 인덱스 광섬유(SIF)의 주요 문제점은 통합 광학 장치, 도파관 및 반도체 장치와 같은 장치에 결합할 때 비효율적이라는 것입니다. 이러한 비효율성은 모달 필드 분포의 불일치와 유효 지수 또는 파동 임피던스의 변화로 인해 발생합니다. 결합 손실을 줄이기 위한 표준 방법은 도파관 구조(예: 테이퍼링)에서 단열 전이를 사용하는 것이지만, 이것이 제공하는 약한 유도는 일반적으로 다중 모드 유도 또는 허용할 수 없는 손실을 초래합니다.

그러나 HF는 SIF 테이퍼와 관련된 문제를 극복하고 낮은 손실로 유도 모드 필드 분포의 실질적인 스케일링 및 재구성을 수행할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 구멍이 많은 클래딩의 유효 지수는 파장에 따라 달라지므로 HF의 유효 정규화 주파수 매개변수는 구멍 피치 또는 도파관의 크기에 따라 선형적으로 확장되지 않습니다. 결과적으로 HF는 광범위한 파장에 걸쳐 단일 모드를 유지하도록 설계될 수 있습니다. 고정 파장의 경우 도파관의 크기를 크게 확장할 수 있으며 여전히 단일 모드를 유지할 수 있습니다. 가이드 모드의 개구수와 유효 지수도 테이퍼 변환에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 테이퍼형 HF는 양방향으로 효과적입니다.
저자는 축소된 HF에 대한 유한차분 시간 영역(FDTD) 계산을 제시하며 , 최적의 짧은 모양의 테이퍼를 사용하여 손실을 최소화하면서 큰 스폿 크기 변환 계수를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 저자는 전송 및 반사 필드를 결정하기 위해 축 방향으로 불균일한 구멍이 있는 섬유 도파관에서 전자기파 전파의 FDTD 시뮬레이션을 사용했습니다. 저자는 테이퍼형 HF가 다양한 광학 부품 간의 효율적인 결합을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 결론지었습니다. FDTD 모델링을 사용하여 다운 테이퍼 홀리 섬유의 스팟 크기가 크게 감소했음을 보여주었습니다. 효과적인 지수 이론으로부터 그들은 또한 개구수(NA)의 상당한 증가를 기대합니다. 그들은 업 테이퍼가 스폿 크기 확장 및 개구수 감소에 유사하게 효과적일 것으로 기대합니다. 저자는 또한 주기적인 클래딩 구조를 가진 다른 도파관에도 유사한 결론이 적용될 것으로 기대합니다.

출처: https://lizier.me/joseph/publications/2001-TaperedHoleyFiber.pdf