Characterization of laser light propagation in fibers using optical correlation filters

Brüning, Robert GND

Die Möglichkeit, Licht nahezu verlustfrei auf kleinen Raum zu führen, macht optische Fasern heutzutage zu einer zentralen Schlüsseltechnologie mit vielfältigen Anwendungen in Bereichen wie Lichterzeugung, Telekommunikation oder Sensorik. Dabei setzen aktuelle Entwicklungen verstärkt auf den Einsatz von multimodigen Fasern. Um die sich daraus ergebende Möglichkeit des gleichzeitigen Führens von mehreren individuellen räumlichen Strahlungsverteilungen zu nutzen, ist das Verständnis der modalen Übertragungseigenschaften von Licht in multimodalen Fasern von wesentlicher Bedeutung. Daher werden zuverlässige modenauflösende Charakterisierungsmethoden benötigt. Einen besonders vielseitigeren Ansatz stellt die optische Korrelationsfiltermethode dar. Als ersten wird das Potential dieser Methode bei der Bestimmung der modalen Übertragungseigenschaften für typische schwach führende Fasern aufgezeigt. Zusammen mit Ergebnissen zur Charakterisierung der Kopplung zwischen Freistrahl- und Fasermoden, führte dies zur erstmaligen Realisierung eines passiv kombinierten Faser-Freiraum-Kommunikationskanals. Der zweite wesentliche Fokus dieser Arbeit liegt auf der Überwindung von konzeptionellen Einschränkungen der existierenden Korrelationsfiltermethode. Dabei wird das Anwendungsspektrum der Methode auf die allgemeinen Fälle von partiell kohärente Faserstrahlen sowie hybride Modensätze erweitert. Ermöglicht wird dies durch die Anpassung der Art der verwendeten Filterfunktionen sowie deren Implementation als Filterelement mittels computergenerierter Hologramme und sub-Wellenlängen Gittern. Anhand von ausgewählten Beispielen wird der Nutzen dieser Erweiterungen zur Charakterisierung der modalen Propagationseigenschaften aufgezeigt. Diese Verallgemeinerung des Messkonzepts auf beliebige quasimonochromatische Faserstrahlen unterstreicht insbesondere den universellen Charakter der Korrelationsfiltermethode, was diese anderen, meist auf spezielle Fälle beschränkte Methoden, überlegen macht.

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Brüning, Robert: Characterization of laser light propagation in fibers using optical correlation filters. Jena 2017.

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