0.5 setgray0 0.5 setgray1
´ ı interferometrie v b´ılem ´ svetle ˇ Spektraln´ vyuˇzita´ k disperzn´ı charakterizaci vysoce ´ dvojlomnych ´ optickych ´ vlaken 2 ´ Petr Hlubina1 , Tadeusz Martynkien2 , Waclaw Urbanczyk .
[email protected] http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf
1´
Ustav fyziky
ˇ ˇ Cesk Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika 2
Institute of Physics
Wroclaw University of Technology, Poland ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 1/1
Obsah • • • •
Experimentální uspoˇrádání ˇ ricí metody Princip meˇ Parametry optických vláken Experimentalní výsledky (optické vlákno s eliptickým jádrem)
• • •
Mezividové skupinové ROD pro dva LP vidy Rozdíly konstant šíˇrení dvou LP vidu˚
Srovnání experimentálních výsledku˚ s teorií (optické vlákno s kruhovým jádrem)
• • •
ˇ rené mezividové skupinové rozdíly optických drah (ROD) pro dva LP vidy Meˇ
Srovnání experimentálních výsledku˚ s teorií
• • •
Zaznamenané spektralní interferogramy
Mezividové skupinové ROD pro dva LP vidy Rozdíly konstant šíˇrení dvou LP vidu˚
ˇ Záver
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 2/1
Experimentální uspoˇrádání Zrcadlo 1 M
Napájecí zdroj
Halogenová žárovka
Clona
Kolimátor
Polopropustné zrcadlo
Polarizátor
/2 Mikroposuv
Zrcadlo 2
Objektiv Optický stůl
Mikroposuvy
Spektrometr PC
S2000
Měřené optické vlákno Optické vlákno
Mikroposuvy
Teoretický základ:
•
P. Hlubina, Spectral-domain intermodal interference under general measurement conditions, Opt. Commun. 210, pp. 225–232, 2002.
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 3/1
Experimentální uspoˇrádání Zrcadlo 1 M
Napájecí zdroj
Halogenová žárovka
Clona
Kolimátor
Polopropustné zrcadlo
Polarizátor
/2 Mikroposuv
Zrcadlo 2
Objektiv Optický stůl
Mikroposuvy
Spektrometr PC
S2000
Měřené optické vlákno Optické vlákno
•
Mikroposuvy
Teoretický spektralní interferogram: IM (R, ∆M ; λ) = I (0) (R, λ) 1 + exp{−(π 2 /2)[∆M ∆λR /λ2 ]2 } cos[(2π/λ)∆M ] +V (R; λ) exp{−(π 2 /2)[∆g01 (z; λ)∆λR /λ2 ]2 } cos[∆β01 (λ)z] +0.5 exp{−(π 2 /2)[(∆M − ∆g01 (z; λ))∆λR /λ2 ]2 } cos[(2π/λ)∆M − ∆β01 (λ)z] g 2 2 2 +0.5 exp{−(π /2)[(∆M + ∆01 (z; λ))∆λR /λ ] } cos[(2π/λ)∆M + ∆β01 (λ)z] ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 3/1
ˇ ricí metody Princip meˇ 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Šíˇrka odezvové funkce spektrometru ∆λR : ∆λR ≈ 3 nm
•
P. Hlubina, White-light spectral interferometry to measure intermodal dispersion in two-mode elliptical-core optical fibres, Opt. Commun. 218, pp. 283–289, 2003.
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 4/1
ˇ ricí metody Princip meˇ 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
6 655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
První typ spektrálních interferencˇ ních proužku: ˚ IM1 (R, ∆M ; λ) = I (0) (R, λ) 1 + V (R; λ) 2
×0.5 exp{−(π /2)[(∆M −
•
∆g01 (z; λ))∆λR /λ2 ]2 } cos[(2π/λ)∆M
− ∆β01 (λ)z]
První vyrovnávací vlnová délka λ1 : ∆g01 (z; λ1 ) = ∆M ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 4/1
ˇ ricí metody Princip meˇ 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
6 655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Druhý typ spektrálních interferencˇ ních proužku: ˚ IM2 (R, ∆M ; λ) = I (0) (R, λ) 1 + V (R; λ) × exp{−(π
•
2
g 2 2 /2)[∆01 (z; λ)∆λR /λ ] } cos[∆β01 (λ)z] ,
Druhá vyrovnávací vlnová délka λ0 : ∆g01 (z; λ0 ) = 0 ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 4/1
ˇ ricí metody Princip meˇ 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
6
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Tˇretí typ spektrálních interferencˇ ních proužku: ˚ IM3 (R, ∆M ; λ) = I (0) (R, λ) 1 + V (R; λ) 2
×0.5 exp{−(π /2)[(∆M +
•
∆g01 (z; λ))∆λR /λ2 ]2 } cos[(2π/λ)∆M
+ ∆β01 (λ)z]
Tˇretí vyrovnávací vlnová délka λ2 : ∆g01 (z; λ2 ) = −∆M ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 4/1
Parametry optických vláken Optické vlákno s eliptickým jádrem:
• • • •
Mezní vlnová délka pro tzv. sudy´ LP11 vid pˇribližneˇ 930 nm ˇ jádra pˇribližneˇ 3, 9 × 1, 4 µm Rozmery Rozdíl indexu˚ lomu jádra a plášteˇ približneˇ 0,026 (λ = 630 nm) Délka z=0,88 m
´ ´ Teorie mezividove´ disperze v optickych ´ vlaknech s eliptickym ´ jadrem:
•
T. Martynkien, S. Harris, W. Urbanczyk, Determination of the core dimensions in elliptical core fibers using cut-off wavelengths for higher order modes, Optik 111, pp. 454-458, 2000.
•
´ W. Urbanczyk, T. Martynkien, and W.J. Bock, Dispersion effects in elliptical-core highly birefringent fibers, Appl. Opt. 40, pp. 1911–1920, 2001.
Optické vlákno s kruhovým jádrem:
• • •
ˇ než 950 nm Mezní vlnová délka pro LP11 vid vetší ˇ jádra pˇribližneˇ 7 µm Prum ˚ er Délka z=3,94 m
´ ´ Teorie mezividove´ disperze v optickych ´ vlaknech s kruhovym ´ jadrem:
•
P. Hlubina, T. Martynkien and W. Urbanczyk, Measurements of intermodal dispersion in few-mode optical fibres using a spectral-domain white-light interferometric method, Meas. Sci. Technol. 14, pp. 784–789, 2003. ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 5/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −940 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 642, 66 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 758, 86 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −900 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 646, 59 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 757, 30 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −860 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 650, 19 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 755, 74 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −820 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 653, 79 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 753, 87 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −780 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 657, 05 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 751, 99 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky (vlákno s eliptickým jádrem) Zaznamenané spektrální interferogramy: 140
Spektralní intensita (l. j.)
120
100
80
60
40 630
•
655
680
705
730
Vlnová délka (nm)
755
780
Nastavený ROD ∆M : ∆M = −740 µm
•
Vyrovnávací vlnové délky λ1 , λ0 , λ2 : λ1 = 661, 28 nm,
λ0 = 712, 50 nm,
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
λ2 = 750, 11 nm
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 6/1
Experimentalní výsledky: mezividové skupinové ROD Mezividové skupinové ROD pro jednu polarizaci vidu˚ LP 01 a LP11 :
Mezividový skupinový ROD ( µm)
5000 4000 3000 2000 1000 0
−1000 −2000 500
•
550
600
650
700
750
Vlnová délka (nm)
800
850
900
Polynom tˇretího ˇrádu jako fitující funkce f (λ): f (λ) = −∆g01 (z; λ)/(zλ2 ) = (1/2π)d[∆β01 (λ)]/dλ ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 7/1
Experimentalní výsledky: mezividové skupinové ROD Mezividové skupinové ROD pro obeˇ polarizace vidu˚ LP01 a LP11 :
Mezividový skupinový ROD ( µm)
5000 4000 3000 2000 1000 0
−1000 −2000 500
•
550
600
650
700
750
Vlnová délka (nm)
800
850
900
Polynom tˇretího ˇrádu jako fitující funkce f (λ): f (λ) = −∆g01 (z; λ)/(zλ2 ) = (1/2π)d[∆β01 (λ)]/dλ ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 7/1
Srovnání experimentálních výsledku˚ s teorií Mezividové skupinové ROD pro obeˇ polarizace vidu˚ LP01 a LP11 :
Mezividový skupinový ROD ( µm)
5000 4000 3000 2000 1000 0
−1000 −2000 500
•
550
600
650
700
750
Vlnová délka (nm)
800
850
900
T. Martynkien, S. Harris, W. Urbanczyk, Determination of the core dimensions in elliptical core fibers using cut-off wavelengths for higher order modes, Optik 111, pp. 454-458, 2000. ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 8/1
Srovnání experimentálních výsledku˚ s teorií Rozdíly konstant šíˇrení mezi vidy LP01 a LP11 pro obeˇ polarizace: 4
6.2
x 10
−1
Rozdíl podélných konstant (m )
6.15 6.1
6.05 6
5.95 5.9
5.85 5.8 550
•
600
650
700
750
Vlnová délka (nm)
800
850
Polynom cˇ tvrtého ˇrádu jako fitující funkce F (λ): ∆β01 (λ) = 2π[F (λ) + C] ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 8/1
Srovnání exp. výsledku˚ s teorií (kruhové vlákno) Mezividové skupinové ROD pro vidy LP01 a LP11 :
Mezividový skupinový ROD ( µm)
400 0 −400 −800
−1200 −1600 −2000 −2400 −2800 600
•
650
700
750
800
Vlnová délka (nm)
850
900
P. Hlubina, T. Martynkien and W. Urbanczyk, Measurements of intermodal dispersion in few-mode optical fibres using a spectral-domain white-light interferometric method, Meas. Sci. Technol. 14, pp. 784–789, 2003. ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 9/1
Srovnání exp. výsledku˚ s teorií (kruhové vlákno) Rozdíly konstant šíˇrení mezi vidy LP01 a LP11 : 4
x 10
−1
Rozdíl podélných konstant (m )
1.6
1.55
1.5
1.45 600
•
650
700
750
800
Vlnová délka (nm)
850
900
Polynom cˇ tvrtého ˇrádu jako fitující funkce F (λ): ∆β01 (λ) = 2π[F (λ) + C] ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 9/1
ˇ Záver •
ˇ ˇ rení Byla realizována nová a jednoduchá spektrálne-interferenˇ cní metoda meˇ ˇ mezividové disperze v optických vláknech, která pracuje v bílém sv etle.
•
ˇ zahrnující halogenovou žárovku, nedispezní V experimentální sestave, ˇ rené optické vlákno a spektrometr s nízkým Michelsonuv ˚ interferometr, meˇ rozlišením, byly rozlišeny vyrovnávací vlnové délky.
•
Závislost vyrovnávací vlnové délky na ROD nastaveném mezi svazky ˇ rení mezividové disperze v optickém interferometru byla využita k pˇrímému meˇ ˇ vlákne.
•
ˇ rení mezividové disperze bylo provedeno na optických vláknech s eliptickým a Meˇ kruhovým jádrem.
•
Byl proveden teoretický popis mezividové disperze v optických vláknech s eliptickým a kruhovým jádrem.
• •
Byla potvrzena dobrá shoda mezi teorií a experimentem.
ˇ ˇ muže Využití nové spektrálne-interferenˇ cní metody pracující v bílém svetle ˚ být ˇ rení: rozšíˇreno na meˇ • polarizaˇcní vidové disperze (disperze dvojlomu) v jednovidových optických vláknech, • chromatické disperse v jednovidových nebo mikrostrukturních optických vláknech.
ˇ ´ ˇ Cesk Petr Hlubina, Laboratoˇr optoelektroniky, Ustav fyziky, Slezska´ univerzita v Opave, a´ republika
http://www.fpf.slu.cz/˜hlu10uf/oelab – p. 10/1
