Przedstawiono powody rosnącego w ostatnich latach zainteresowania długofalową częścią zakresu optycznego NIR i pasmem MidIR. Opisano wybrane zastosowania cywilne i w sektorze militarnym, ze wskazaniem na korzyści z przesunięcia w kierunku długofalowym w stosunku do rozwiązań dotychczasowych. Przedstawiono opracowania ITME dla optoelektroniki w tym zakresie widma: dotyczące technologii kryształów (aktywnych i nieliniowych), szkieł aktywnych, włókien światłowodowych aktywnych i pasywnych, w szczególności włókien fotonicznych, przyrządów półprzewodnikowych (pomp optycznych) i impulsowych (nanosekundowych) laserów pompowanych optycznie.
EN
The reasons for increasing in recent years interest in the long -wavelength part of optical NIR and in MidIR ranges have been presented. Selected applications, civilian and in the military sect have been described with an indication on the benefits of the shift towards the long-term compared to the current solutions. The works developed in IEMT in the field of optoelectronics of this spectral range, concerning technology of optical crystals (active and nonlinear), optically active glasses, optical (active and passive) fibers, especially photonic fibers, semiconductor devices for optical pumping and pulsed (nanoseconds) solid-state microlasers are presented.
W artykule przedstawione zostały wyniki pomiarów wytworzonego w ITME szkła fosforanowego domieszkowanego jonami erbu, iterbu oraz chromu. Wykonano pomiary transmitancyjne, spektroskopowe oraz badania generacji. Uzyskano generację laserową w zakresie długości fali λ ~ 1540 nm o wyjściowej mocy średniej równej Pśr. = 48,5 mW. Szkło może być przeznaczone do zastosowań w układach laserów na ciele stałym pompowanych lampami wyładowczymi lub diodami laserowymi.
EN
The article presents the results of the measurements of phosphate glass doped with ions of erbium, ytterbium and chromium, produced in ITME. The transmittance and spectroscopic measurements as well as generation tests have been performed. Laser generation at wavelength λ ~ 1540 nm with average output power Pav. = 48.5 mW has been obtained. The tested glass can be applied to flash or diode pumped solid - state laser systems.
A broad review is given of microstructured fiber optics components - light guides, image guides, multicapillary arrays, and photonic crystal fibers - fabricated using the stack-and-draw method from various in-house synthesized oxide soft glasses at the Glass Department of the Institute of Electronic Materials Technology (ITME). The discussion covers fundamental aspects of stack-and-draw technology used at ITME, through design methods, soft glass material issues and parameters, to demonstration of representative examples of fabricated structures and an experimental characterization of their optical properties and results obtained in typical applications. Specifically, demonstrators include microstructured image guides providing resolution of up to 16000 pixels sized up to 20 μm in diameter, and various photonic crystal fibers (PCFs): index-guiding regular lattice air-hole PCFs, hollow core photonic bandgap PCFs, or specialty PCFs like highly birefringent microstructured fibers or highly nonlinear fibers for supercontinuum generation. The presented content is put into context of previous work in the area reported by the group of authors, as well as other research team.
W publikacji przedstawiono prace wykonane w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych dotyczące wytworzenia światłowodu fotonicznego wykonanego ze szkła fosforanowego z przeznaczeniem do konstrukcji lasera włóknowego. Wykonane zostały wytopy szkieł domieszkowanych i niedomieszkowanych. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów spektralnych przeprowadzono analizę własności absorpcyjnych i emisyjnych wytworzonego szkła domieszkowanego. Zweryfikowano parametry dopasowania szkieł domieszkowanego i niedomieszkowanego pod kątem właściwości reologicznych i współczynnika załamania. Wytworzone zostało włókno laserowe ze szkła fosforanowego o strukturze dwupłaszczowej (double-clad) w pełni wykonanej w technologii fotonicznej. Poprzez zastosowanie włókna o powiększonej średnicy rdzenia uzyskano znaczne zwiększenie absorpcji promieniowania pompy i skrócenie długości lasera. Ponadto stosując płaszcz powietrzny osiągnięto rekordową wartość apertury numerycznej falowodu pompy we włóknie typu double-clad ze szkła fosforanowego wynoszącą 0,91. Maksymalna moc generacji w laboratoryjnym układzie lasera we włóknie o długości 19 cm wyniosła 12,4 W przy sprawności różniczkowej 42,8 %.
EN
This paper presents the research work on a Yb3+ doped photonic crystal fiber laser with an extended mode area made of phosphate glass carried out at ITME. By increasing the mode area we obtained the laser with a higher power level and a shorter fiber length than before. The doped and undoped glass was manufactured and subsequently the measurements of optical and rheological properties were done. The analysis of both absorption and emission of the doped glass was performed. The fiber with the extended mode area was manufactured and its passive properties were examined. The numerical aperture of the pump waveguide was found to be very high and equaled 0.91, which is a record-breaking value for phosphate photonic structures and, at the same time, one of the highest values obtained for structures made of silica. We achieved laser generation from the 19 cm fiber with the maximum power of 12.4 W and the slope efficiency of 42.8 %.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper focuses on the superprism effect which can be obtained in low-contrast photonic crystals. The modelling is related to the newly developed method for all-dielectric photonic crystals. This places material constraints on the simulated crystals which limit the refractive index difference to 0.1 for all-glass photonic crystals and 0.6 for air-glass structures and forces us to focus on hexagonal lattices. The simulations show the existence of superprism effect in both types of structure for realistic glasses. In both cases various linear filling factors are studied in order to maximize the frequency range of the superprism effect. For the air-F2 glass structure it reaches 0.108 normalized frequencies and for the air-NC21 glass structure it reaches 0.99 normalized frequencies for TM polarization. For the double glass structures, the largest range is for the F2/NC21 photonic crystal and spans 0.012 normalized frequencies. In the F2/NC21 crystal the frequency range reaches 0.005 for TE polarization.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The development of all-solid photonic crystal fibres for nonlinear optics is an alternative approach to air-glass solid core photonic crystal fibres. The use of soft glasses ensures a high refractive index contrast (> 0.1) and a high nonlinear coefficient of the fibres. We report on the dispersion management capabilities in all-solid photonic crystal fibres taking into account four thermally matched glasses which can be jointly processed using the stack-and-draw fibre technique. We present structures with over 450 nm broadband flat normal dispersion and ultra-flat near zero anomalous dispersion below 5 ps/nm/km over 300 nm dedicated to supercontinuum generation with 1540 nm laser sources. The development of an all-solid photonic crystal fibre made of F2 and NC21 glasses is presented. The fibre is used to demonstrate supercontinuum generation in the range of 730–870 nm (150 nm) with flatness below 5 dB.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Photonic crystal fibres (PCF) can provide the high confinement needed to enable nonlinear optical processes to be studied in silicate fibre over short lengths without the need for large pulse energies. Additionally, the capillary stacking technique for PCF fabrication lends itself to the design of multiple core fibres and this capability has triggered much work into the properties of dual core PCF. In this paper, the effect of the dual core interaction on the nonlinear wavelength conversion is studied using a femtosecond oscillator in the near IR range. Effective supercontinuum generation in the range 1300-1700 nm is achieved in the anomalous dispersion regime.
Głównym celem pracy było zbadanie możliwości wykonywania szklanych, niedrogich w produkcji elementów mikrooptycznych do pracy w zakresie bliskiej i średniej podczerwieni. Masowa produkcja takich elementów odbywa się przy wykorzystaniu metody wytłaczania na gorąco (hot embossing) dotyczy jednak głównie elementów polimerowych. Te z kolei jako materiały organiczne nie mogą być wykorzystywane we wszystkich zastosowaniach. W artykule przedstawiono wyniki prac zrealizowanych dla szeregu szkieł tlenkowych charakteryzujących się wysoką transmitancją w zakresie od światła widzialnego do średniej podczerwieni. Jako stempla użyto płytkę ze szkła kwarcowego o reliefie wykonanym standardowymi metodami trawienia jonowego. Do odwzorowywania zastosowano statyczny proces wytłaczania z zastosowaniem niewielkich sił nacisku. Jakość uzyskanych elementów zbadano przy pomocy interferometru światła białego oraz pomiarów ogniskowania.
EN
The aim of this work was to examine the possibility of manufacturing low-cost glass diffractive optical elements that work in near and mid-infrared. The paper focuses on the results of the fabrication of Fresnel lenses from multi-component glasses in a hot embossing process. In the experiment lead-bismuth-gallium oxide and tellurite glasses characterized by high transmittance in the range of visible light spectrum to mid-infrared were applied. A fused silica element obtained by standard ion etching was used as the mold. The presented elements were fabricated in a static process with the use of low pressure. The quality of the outcome elements was examined employing white light interferometry as well as performing focusing measurements.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Szkła trójskładnikowe PbO-Bi2O3-Ga2O3 charakteryzują się wysoką przepuszczalnością średniej podczerwieni (do 8 µm), ale odznaczają się dużą skłonnością do krystalizacji. W celu podwyższenia trwałości termicznej szkieł ich skład modyfikowano dodatkami GeO2, SiO2, Tl2O, CdO, Nb2O5. Uzyskano szkła nadające się do wytwarzania włókien mikrostrukturalnych i elementów mikrooptycznych. Wzrost odporności termicznej szkieł okupiony został przesunięciem progu absorpcji w kierunku krótszych fal.
EN
Three component PbO-Bi2O3-Ga2O3 glasses are characterized by high middle infrared transmittance up to 8 ?m, but they show large susceptibility for crystallization. For a rise of the thermal stability of glasses, their compositions were modifi ed by addition of GeO2, SiO2, Tl2O, CdO, Nb2O5. There have been obtained the glasses that can be suitable for the manufacturing of microstructured fibers and microoptical elements. The growth of thermal stability of glasses unfavourably resulted in an IR absorption cut off shift into shorter wavelengths.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wytwarzanie złożonych struktur w skali mikro może być realizowane na wiele sposobów, np. poprzez obróbkę mikromechaniczną, epitaksję, procesy litograficzne i jonowe oraz wiele innych dostępnych technik. Większość z nich jest droga i czasochłonna. Stemplowanie na gorąco jest natomiast procesem stosunkowo tanim i dostosowanym do masowej produkcji, stanowi więc ciekawą alternatywę. W artykule przedstawiamy krótki opis tej metody replikacji oraz nasze wstępne prace dotyczące rozwijania tej technologii dla szkieł dopasowanych do zakresu średniej podczerwieni.
EN
The fabrication of microstructures can be performed by several procedures including mechanical micromachining, lithographic processes, epitaxy, ions technology, and many other different available techniques. Most of them are cost- and time-consuming methods. Hot embossing (HE) is a profi table alternative to these micro replication processes, because it's a low cost method, which is adequate for mass production of a wide range of structures. In the article, we present the short description of this replication method and the results of our preliminary works in developing of the hot-embossing process in the case of multicomponent glasses well fitted for the NIR region.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper, we report on the fabrication of the birefringent photonic crystal fibre with a photonic cladding composed of elliptical holes ordered in a rectangular lattice. Choice of such configuration allows obtaining birefringence in photonic crystal fibres. In this case two-fold rotational symmetry is achieved and the polarized orthogonal modes (HE11x and HE11y) are not degenerated. We discuss the influence of structural parameters including the ellipticity of the air holes and the aspect ratio of the rectangular lattice on the birefringence and on the modal properties of this glass-air microstructural fibre.
PL
W artykule przedstawiono uzyskane włókno dwójłomne o anizotropii optycznej wywołanej eliptycznym kształtem elementów płaszcza fotonicznego i prostokątnym kształtem przekroju. Wyraźnie określona dwuosiowość prowadzi do dużych różnic efektywnych współczynników załamania dla dwóch podstawowych i ortogonalnie spolaryzowanych modów HE11x i HE11y. Dzięki temu mody te nie są zdegenerowane. Zależnie od parametrów strukturalnych włókna możliwe jest uzyskanie znacznych wartości dwójłomności. W artykule przedstawiono zarys technologii wytwarzania szklanych włókien tego typu, przedyskutowano wpływ parametrów strukturalnych na wartość dwójłomności i własności modowe oraz wyniki symulacji i pomiarów dla uzyskanego włókna.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono pomiary i symulacje dla wykonanego światłowodu o prostokątnym przekroju, prostokątnej siatce płaszcza fotonicznego i eliptycznych elementach sieci. Przedyskutowano wpływ parametrów strukturalnych takich jak eliptyczność i stałe sieci prostokątnej siatki krystalicznej na własności modowe i dwójłomność światłowodu. Przedstawiono również jego zalety jako elementu mogącego znaleźć zastosowanie w pomiarach naprężeń, skrętu i tym podobnych wielkości.
EN
In this paper we report on the fabrication of birefringent photonic crystal fiber with a photonic cladding composed of elliptical holes ordered in a rectangular lattice. We discuss the influence of structural parameters including the ellipticity of the air holes and the aspect ratio of the rectangular lattice on the birefringence and on the modal properties of the fiber potentially useful for sensors.
W artykule zaprezentowano wykonane przez nas włókno mikrostrukturalne o symetrii dwuosiowej. Przedyskutowano również sposoby uzyskiwania anizotropii optycznej we włóknach tego typu oraz wpływ parametrów geometrycznych na dwójłomność włókien, ponadto przedstawiono wyniki symulacji struktur o eliptycznych elementach sieci, eliptycznym rdzeniu i przekroju prostokątnym. Wytworzone włókno scharakteryzowano metodą interferometrii spektralnej ze skrzyżowanymi polaryzatorami. Struktura światłowodu umożliwiła uzyskanie fazowej dwójłomność rzędu 10-4 tj. wartość zbliżoną do światłowodów PANDA.
EN
We report on the fabrication of a birefringent photonic crystal fiber with a photonic cladding composed of elliptical holes ordered in a rectangular lattice. The choice of such configuration allows obtaining birefringence in photonic crystal fibers. In this case two-fold rotational symmetry is achieved and the polarized orthogonal modes (HE11x and HE11y) are not degenerated. We discuss the influence of structural parameters including the ellipticity of the air holes and the aspect ratio of the rectangular lattice on the birefringence and on the modal properties of the fiber.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
We demonstrate the 3% mol ytterbium doped phosphate glass air-clad photonic crystal fibre (PCF) laser of 43-cm length in single-mode operation. The fabrication and testing of the laser is introduced. The laser has the diameter of the core of 12 μm created in photonic microstructure and generates at wavelength of 1030 nm. Near 4-W output power and 14.6% slope efficiency against the launched pump power is demonstrated in preliminary characterization. The difference of refractive indices achieved in doped and undoped glass is Δn = 0.0004. We used the doped glass with the negative core-cladding Δn to assure the photonic crystal fibre way of single-mode propagation.
Całoszklane włókna fotoniczne (all-solidPCF) są rozwiązaniem alternatywnym w stosunku do powietrzno-szklanych światłowodów PCF, umożliwiającym ograniczenie zaburzeń geometrii płaszcza fotonicznego i wszelkich innych deformacji pojawiających się na granicy szkło-powietrze, jako że w tym wypadku granica ta nie istnieje. Głównym celem przeprowadzonych prac było zdobycie większego doświadczenia w wytwarzaniu całoszklanych światłowodów mikrostrukturalnych posiadających użyteczne pasma fotoniczne. W ich rezultacie wytworzono serię światłowodów posiadających dwie przerwy fotoniczne - pierwszą o szerokości 9 nm o centralnej długości 610 nm i drugą o szerokości 80 nm o centralnej długości 840 nm. Zmierzona tłumienność światłowodu w zakresie drugiej przerwy dla λ = 835,2 nm była równa 13,3 dB/m. Ponadto otrzymano stabilność geometrii mikrostruktury wzdłuż wytworzonego 100 m odcinka światłowodu.
EN
All-glass photonic crystal fiber is an alternative fabrication approach to most popular air-glass PCF facilitating limitation disturb of photonic structure of fiber cladding and deformation of glass-air boundary because in this case it is absent. A goal of this work was to achieve more competence in design and development of such microstructured fibers with photonic band gaps. In result the series of fibers with two band gaps, first 9 nm wide at 610 nm central wavelength and second 80 nm wide at 840 nm central wavelength were developed and characterized. Attenuation of measured fiber was equal 13,3 dB/m for λ = 835.2 nm. Moreover we obtained quite good stability of geometrical parameters of photonic cladding along 100 m for manufactured all-solid fiber.
Existence and size of photonic bandgap depends on the contrast of refractive indices of glasses used in manufacturing of the photonic crystal. For this structure contrast about 0.1 is possible to obtain. In such structures partial photonic bandgap exist, which means that photonic bandgap exists only for selected wave vectors. It can be used to shape and steer electromagnetic waves in function of wavelength change. Such commercial materials could find applications as beam splitters and couplers, wave filters, demultiplexers, low loss waveguides, and highly selective mirrors. A possibility of fabrication double glass photonic crystals is determined by a choice of pair of glasses with similar viscosity, melting temperature, thermal coefficients, and small diffusion (close to zero). Moreover glass has to be dedicated to multiple thermo-mechanical process without crystallization effects. Only glass that fulfils conditions mentioned above can be considered for such fabrications using a mosaic drawing method. In this article we described our works in manufacturing of large area (diameter in the order of 1mm) and large height photonic crystal structures - a novel material for optic applications.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Fotoniczne struktury krystaliczne są periodycznym uszeregowaniem dielektryków, na przykład dwóch szkieł. Ich własności zależą od charakterystyki geometrycznej i różnicy we współczynnikach załamania światła zastosowanych materiałów. Dla ściśle określonych parametrów (d i Λ) występują fotoniczne przerwy dla wybranych długości fal świetlnych. To zjawisko umożliwia odbicie światła w wybranym zakresie i może być użyteczne w wielu zastosowaniach optycznych. W artykule omówiono wyniki badań autorów w zakresie opracowywania powyższych struktur.
EN
The photonic crystal structures are periodic arrays of dielectrics, for example two glasses. Their properties depend on the geometric characteristic of such structures and refractive index difference between used materials. For precisely definite parameters (d and Λ) the photonic band gaps are present for selected length of light. It is phenomenon which makes possible to reflect light from chosen range and can be useful in many optic applications. In this article we described our technological experiments in development such structures.
Periodyczny rozkład współczynnika załamania światła we włóknie fotonicznym PCF (Photonic Crystal Fiber) uzyskuje się przez odpowiednie rozmieszczenie przestrzenne obszarów z przynajmniej dwóch dielektryków - zwykle szkła i powietrza. Dwuszklane włókna mikrostrukturalne są całkowicie szklanymi włóknami fotonicznymi, w przypadku których rolę węzłów sieci dwuwymiarowego kryształu fotonicznego pełnią inkluzje ze szkła o innym współczynniku załamania niż matryca włókna. Dzięki użyciu dwóch szkieł do utworzenia struktury periodycznej możliwa jest na etapie wytwarzania ścisła kontrola geometrii mikrostruktury kryształu. Umożliwia to uzyskanie światłowodu fotonicznego o zamierzonych własnościach optycznych. W artykule zaprezentowano wykonane w wyniku prac dwuszklane włókna fotoniczne oraz przedyskutowano ich potencjalne zastosowania.
EN
In the case of photonic crystal fibers using two or more multicomponent glasses in the photonic structure allows to manipulate refractive index contrast which is not possible in holey fibers. The all-solid holey fibers (SOHO) offer additional degree of freedom to the designer for determination of dispersion than in case of air-holes PCFs. Moreover a fabrication of all-solid PCFs allows for a better control of geometry and uniformity of the cladding structure design. We report on fabrication of such fibers made of multicomponent glasses. In the paper we also discuss possible future modifications of the structures and their potential applications.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Pojawianie się wysokiej dwójłomności w światłowodach fotonicznych jest związane z rodzajem symetrii siatki krystalicznej i kształtem jej elementów. W oparciu o symulacje komputerowe wybrano jako optymalną siatkę prostokątną z otworami zbliżonymi do elipsy. Taka konfiguracja wzmacnia własności polaryzacyjne światłowodu ze względu na globalny charakter anizotropii struktury włókna. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie dużej wartości dwójłomności (rzędu 10(-4) - 10(-3)). Jednakże kształtowanie otworów utrudnia wykonanie światłowodu. Jak do tej pory, uzyskanie na świecie eliptycznych otworów powiodło się jedynie w światłowodzie z poliakrylanu metylu. Szklane struktury tego typu są dalekie od doskonałości, a uzyskiwana eliptyczność otworów często jest tylko przypadkowa. W artykule zaprezentowano przewidywane własności dla włókien fotonicznych o dwuosiowej symetrii i zadanych parametrach oraz uzyskane dane pomiarowe.
EN
A high birefringence in photonic crystal fiber is a result of lattice type and shape of the holes. Based on the simulations with biorthonormal basis method as optimum structure we choose a rectangular lattice with elliptical-like air holes in photonic cladding. Realization of such type of lattice fabricated from multi-component glass is not easy technological issue, but the rectangular lattice is necessary to obtain the global asymmetry of photonic structure, which enhances birefringence of fiber. In this paper we present expected properties of such fiber with optimum parameters of structure. Experimental results are also presented.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Struktury o periodycznym rozkłądzie współczynnika zalamania światła (np. regularnie rozmieszczone otwory) pozwalają na wytwarzanie włókien optycznych nowej generacji (włókna fotoniczne typu PCF - photonic crystal fibre), których własności transimsyjne mogą być modyfikowane poprzez zmiany parametrów struktury, a nie jedynie parametry materiałowe. Umożliwia to wytwarzanie włókien o własnościach nieosioągalnych w przypadku klasycznych światłowodów (np. jednomodowość w całym zakresie transmisji materiału i przy dużycch średnicach rdzenia. W ITME prowadzone są prace badawczo-technologiczne nad włóknami fotonicznymi. Opracowana została metoda ich wytwarzania z wielkoskladnikowych szkieł krzemianowych. Pozwala ona na wytwarzanie włókien o różnej budowie "sieci krystalicznej" (trójkątna, kwadratowa) i modyfikację ich parametrów w bardzo szerokim zakresie.
EN
Structures with periodic modulation of refractive index, of the order of the optical wavelength, (e.g. regularly arranged air holes) allow to manufacture a new generation of optical fibers - photonic crystal fibers (PCF). It is possible to change their transmission properties not only by material parameters but also by modification of their structure. This brings an opportunity to manufacture optical fibers with unusual properties, different from conventional fibers (e.g. monomode in the whole transmission range and large scale core - above 20 um). Research works on photonic crystal fibers are carried out in ITME. The method of their manufacturing from silicate glass has been developed. It allows to obtain optical fibers with different crystal structure (triangular, square lattice) and modification of their parameters in a very wide range.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.