Acousto-optic modulation of optical reflection properties in fiber Bragg gratings and the application in fiber lasers

Silva, Ricardo Ezequiel, da GND

Ziel dieser Arbeit ist es, die Wechselwirkung von Schallwellen und Faser-Bragg-Gittern (FBG) in Standard und „suspended core fiber“ (SCF) zu untersuchen, um dadurch die Reflexionseigenschaften der FBG zu modulieren und den Modulationswirkungsgrad zu erhöhen. Die Untersuchungen zeigen, dass zunehmende Luftanteile wegen des damit verringerten Siliciumdioxid-Anteils im Faserquerschnitt eine wesentlich verstärkte akustooptische Wechselwirkung im Kern ermöglichen. Die erheblich vergrößerte Modulation der Reflektivität von FBGs kann experimentell in zwei unterschiedlichen SCFs nachgewiesen werden. Anschließend wird als Anwendungsbeispiel die Nutzung der akustooptischen Modulation der Reflexion eines FBG in einer 3-Loch-Faser zur Modenkopplung in einem Ytterbium-Faserlaser zur Pulsgeneration gezeigt. Abgeleitet aus den Erfahrungen des Anwendungsbeispiels werden anschließend zwei weitere verbesserte Anordnungen des Modulatordesigns vorgestellt, mit denen die akustooptische Wechselwirkung verbessert und die Frequenz auf bis zu 10 MHz erhöht werden kann. Eine besonders hohe Modulation der Reflektivität konnte mit einer sich im Durchmesser verjüngenden Faser erreicht werden. Darüber hinaus wurde eine erhöhte Modulations-Bandbreite (320 pm) für einen Modulator basierend auf der Interaktion eines akustisch induzierten radialen Gitters mit langer Periode und einem FBG in einer Standardfaser erzielt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass durch eine geeignete Faserstrukturierung und eine angepasste Gestaltung von piezoelektrischen Wandlern die akustooptische Wechselwirkung mit FBGs wesentlich verbessert werden kann. Dies kann auch mit kürzeren Fasergittern und mit kleineren Modulatorelementen erreicht werden, was zu kompakteren Anordnungen und schnelleren Wechselwirkungen führt. Eine erhöhte Frequenz und Bandbreite kann beispielsweise die Pulsdauer bei modengekoppelten Faserlasern reduzieren und ist auch für andere Konzepte der faseroptischen Signalverarbeitung von Vorteil.

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Silva, Ricardo Ezequiel: Acousto-optic modulation of optical reflection properties in fiber Bragg gratings and the application in fiber lasers. 2016.

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