Разработка и исследование узкополосных спектральных фильтров на каскаде волоконных брэгговских решёток

Яндыбаева Ю.И., Варжель С.В., Якимук В.А., Комисаров В.А., Калязина Д.В., Дмитриев А.А., Сковородкина М.В., Куликов А.В.

Ссылка для цитирования:

Яндыбаева Ю.И., Варжель С.В., Якимук В.А., Комисаров В.А., Калязина Д.В., Дмитриев А.А., Сковородкина М.В., Куликов А.В. Разработка и исследование узкополосных спектральных фильтров на каскаде волоконных брэгговских решёток // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 10. С. 43–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-43-49

Yandybaeva Y.I., Varzhel S.V., Yakimuk V.A., Komisarov V.A., Kaliazina D.V., Dmitriev A.A., Skovorodkina M.V., Kulikov A.V. Development and research of narrowband spectral filters on a cascade of fiber Bragg gratings [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 10. P. 43–49. http:// doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-43-49

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Каскад узкополосных волоконных брэгговских решёток с высоким коэффициентом ослабления сигнала, соединённых друг с другом через волоконно-оптический изолятор. Цель работы. Создание узкополосного спектрального фильтра на каскаде волоконных брэгговских решёток с шириной полосы пропускания 82 пм. Метод. Для записи волоконных брэгговских решёток использовался метод фазовой маски со сканирующим пучком излучения эксимерного лазера COHERENT COMPexPro 102F на фториде криптона (KrF) с целью получения длинных решёток с узкой полосой пропускания. Две решётки с одинаковой центральной длиной волны брэгговского резонанса подключались друг к другу последовательно через волоконнооптический изолятор, чтобы избежать появления интерференционных эффектов. Основные результаты. По спектрам пропускания полученного каскада волоконных брэгговских решёток определена ширина полосы пропускания фильтра по уровню –3 дБ, равная 82 пм, а также максимальное значение ослабления, равное 46 дБ. Центральная длина волны минимума пропускания фильтра составила 1549,9 нм. Для сравнения ширина полосы пропускания решёток той же длины с аналогичным значением ослабления составила 123 пм по уровню –3 дБ, что значительно превышает значение ширины полосы пропускания фильтра на каскаде волоконных брэгговских решёток. Практическая значимость. Полученный в работе узкополосный фильтр на каскаде волоконных брэгговских решёток подходит для внедрения в системы квантового распределения ключей на боковых частотах для отсечения несущей длины волны сигнала от боковых, а также для других систем линий связи, где необходимо выделение узкой спектральной полосы.

Ключевые слова:

волоконные брэгговские решётки, узкополосные спектральные фильтры, каскад волоконных брэгговских решёток, волоконно-оптический изолятор, система квантового распределения ключей на боковых частотах

Благодарность:

работа была выполнена по заказу ОАО «Российские железные дороги»

Коды OCIS: 060.3735, 060.2340, 060.5565

Список источников:

1. Rashed A.N.Z., Tabbour M.S.F., El-Meadawy S. Optimum flat gain with optical amplification technique based on both gain flattening filters and fiber bragg grating methods // Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics. 2018. V. 13. № 5. P. 665–676. https://doi.org/10.1166/jno.2018.2168
2. Dochow S., Latka I., Becker M., Spittel R., Kobelke J., Schuster K., Graf A., Brückner S., Unger S., Rothhardt M., Dietzek B., Krafft C., Popp J. Multicore fiber with integrated fiber Bragg gratings for backgroundfree Raman sensing // Optics Express. 2012. V. 20. № 18. P. 20156–20169. https://doi.org/10.1364/OE. 20.020156
3. Goncharov R., Samsonov E., Kiselev A.D. Subcarrier wave quantum key distribution system with gaussian modulation // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2103. № 1. P. 012169. http://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012169
4. Mora J., Ruiz-Alba A., Amaya W., Martínez A., GarcíaMuñoz V., Calvo D., Capmany J. Experimental demonstration of subcarrier multiplexed quantum key distribution system // Optics Letters. 2012. V. 37. № 11. P. 2031–2033. https://doi.org/10.1364/OL.37.002031
5. Gleim A.V., Nazarov Y.V., Egorov V.I., Smirnov S.V., Bannik O.I., Chistyakov V.V., Kynev S.M., Anisimov A.A., Kozlov S.A., Vasiliev V.N. Subcarrier wave quantum key distribution in telecommunication network with bitrate 800 kbit/s // EPJ Web of Conferences. 2015. V. 103. P. 10005. https://doi.org/10.1051/epjconf/201510310005
6. Walenta N., Burg A., Caselunghe D., Constantin J., Gisin N., Guinnard O., Houlmann R., Junod P., Korzh B., Kulesza N. A fast and versatile quantum key distribution system with hardware key distillation and wavelength multiplexing // New Journal of Physics. 2014. V. 16. № 1. P. 013047. https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/1/013047
7. Han L., Li Y., Xu P., Tao X., Luo W., Cai W., Liao S., Peng C. Integrated Fabry–Perot filter with wideband noise suppression for satellite-based daytime quantum key distribution // Applied Optics. 2022. V. 61. № 3. P. 812–817. https://doi.org/10.1364/AO.447785
8. Rosenberg D., Nam S.W., Hiskett P.A., Peterson C.G., Hughes R.J., Nordholt J.E., Lita A.E., Miller A.J. Quantum key distribution at telecom wavelengths with noise-free detectors // Applied Physics Letters. 2006. V. 88. № 2. P. 021108. https://doi.org/10.1063/1.2164307
9. Tawfik N.I., Eldeeb W.S., El-Mashade M.B., Abdelnaiem A.E. Optimization of uniform fiber Bragg grating reflection spectra for maximum reflectivity and narrow bandwidth // Int. J. Comput. Eng. Res. 2015. V. 5. P. 53–61.
10. Toba M., Mustafa F.M., Barakat T.M. New simulation and analysis fiber Bragg grating: narrow bandwidth without side lobes // Journal of Physics Communications. 2020. V. 4. №. 7. P. 075018. https://doi.org/ 10.1088/2399-6528/ab0600
11. Fan Z., Zeng X., Cao C., Feng Z., Lai Z., Dang W. Novel structure of an ultra-narrow-bandwidth fibre laser based on cascade filters: PGFBG and SA // Optics Communications. 2016. V. 368. P. 150–154. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.02.013
12. Bhaskar C.V.N., Pal S., Pattnaik P.K. Narrow-band optical band-pass filter using dual cascaded chirped FBGs // Optik. 2022. V. 262. P. 168979. https://doi. org/10.1016/j.ijleo.2022.168979
13. Singer C., Goetz A., Prasad A.S., Becker M., Rothhardt M., Skoff S.M. Thermal tuning of a fiber-integrated Fabry–Pérot cavity // Optics Express. 2021. V. 29. № 18. P. 28778–28786. https://doi.org/10.1364/OE.433094
14. Wang J. Research on dynamic grating cascaded fiber Bragg grating Fabry–Perot cavity // 2020 IEEE Conference on Telecommunications, Optics and Computer Science (TOCS). 2020. P. 5–8. https://doi.org/10.1109/ TOCS50858.2020.9339738
15. Lemaire P., Atkins R., Mizrahi V., Reed W. High pressure H2 loading as a technique for achieving ultrahigh UV photosensitivity and thermal sensitivity in GeO2 doped optical fibers // Electronics Letters. 1993. V. 29. P. 1191–1193. https://doi.org/10.1049/el:19930796
16. Варжель С.В., Мунько А.С., Коннов К.А., Грибаев А.И., Куликов А.В. Запись решёток Брэгга в двулучепреломляющем оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой, подвергнутом водородной обработке // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 10. С. 74–78.
Varzhel S.V., Mun’ko A.S., Konnov K.A., Gribaev A.I., Kulikov A.V. Recording Bragg gratings in hydrogenated birefringent optical fiber with elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. V. 83. № 10. P. 638–641. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000638