Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Wellenlängennormal, Faserlaser, stabilisierte Laser, Sättigungsspektroskopie, photonische Faser, photonische Hohlfaser
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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wavelength standard, fibre laser, stabilised laser, saturated absorption spectroscopy, photonic crystal fibre, hollow core fibre
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Um den wachsenden Bedarf an Bandbreite in der optischen Kommunikation zu decken, wird immer häufiger das so genannte Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) eingesetzt. Gleichzeitig wird der zugängliche Spektralbereich breiter und die Abstände zwischen den Kanälen schmaler. Um die Netzwerke überwachen und um Messgeräte bzw. faseroptische Komponenten kalibrieren zu können, sind Wellenlängennormale mit einer relativen Genauigkeit von 10-6 bis 10-9 in den für die faseroptische Kommunikation relevanten Spektralbereichen bereitzustellen. Darüber hinaus sind für die Metrologie Genauigkeiten von 10-9 bis auf 10-11 von Interesse. Ziel des vorgestellten Projektes ist es, entsprechende Wellenlängennormale entweder aktiv oder passiv in einer robusten „all fibre“ Lösung mit Gasgefüllten Hollow Core Fasern (HCF) zu realisieren.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Modern optical fibre communication systems require an accurate control of the wavelength, for example in Dense Wavelength Division Multiplexed (DWDM) systems, where the channel separation is continuously reduced. A proper control of DWDM networks and the calibration of optical fibre components and of measuring equipments require accurate wavelength standards with a relative accuracy ranging from 10-6 to 10-11. The main objective of this project is to build accurate and stable passive and active compact wavelength standards using Hollow Core Fibres (HCF) gas cells.
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Projektziele
(Deutsch)
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Passive Wellenlängennormale (Hoch-Druck Absorptionszellen)
Realisierung von Referenzgaszellen auf der Basis einer hollow core Faser (HCF) zum Einsatz als Wellenlängennormal für die optische Kommunikation.
Spezifikation:
Absolute Wellenlänge einer ausgewählten Linie: U <= 1 pm (Linienbreite ca. 10 pm)
Aktive Normale (Stabilisierte Laser)
Realisierung verschiedener „all-fibre“ Wellenlängennormale, die sich aus durchstimmbaren schmalbandigen Faserlasern, HCF Referenzgaszellen – entweder intra- oder extra-cavity – und geeigneten Regelkreisen zur Wellenlängenstabilisierung zusammensetzten.
Spezifikation:
Lineare Absorption (single pass): Langzeitstabilität: 0.1 pm - 1 pm (rel. 6·10-7 bis 6·10-8)
Nichtlineare Absorption (Sättigungsspektroskopie): rel. Stabilität 6·10-8 bis 6·10-12
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Projektziele
(Englisch)
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Passive wavelength standards (high pressure absorption gas cells).
Realisation of passive wavelength standards (absorption gas cells) based on Hollow Core Fibres (HCF) for the optical fibre communication. The peak wavelength of the selected absorption lines will be know with an uncertainty smaller than U <= 1 pm and the linewidth of each line will be smaller that 10 pm.
Active wavelength standards (stabilised Laser).
Realisation of all-fibre active wavelength standards based on single-frequency fibre lasers and on intracavity or extracavity Hollow Core Fibre (HCF) absorption cells. Following specifications will be expected:
Intracavity system (single pass): Long term stability ranging from 0.1 pm to 1 pm
(relative: 6·10-7 to 6·10-8).
Extracavity system (Saturated absorption spectroscopy): relative stability ranging from 6·10-8 to 6·10-12.
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Abstract
(Deutsch)
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Der Schwerpunkt dieses Projektes war die Entwicklung und die Realisierung von „all-fibre“ aktiven und passiven Wellenlängennormalen, die aus Azetylen gefüllten Hollow Core Fasern (HCF) basieren. Kompakte Wellenlängennormale sind für die optische Telekommunikation und auch für viele andere Metrologiebereiche von grosser Bedeutung.
Diverse Technologien und Methoden zur Realisierung von Gaszellen wurden getestet und die physikalischen Aspekte der Gasfüllung in dünnen Kapillaren wurden modelliert. Azetylen gefüllte HCF Gaszellen wurden erfolgreich demonstriert und lineare und nicht-lineare Spektroskopie wurde in diesen Gaszellen realisiert.
Parallel zur Realisierung der passiven Gaszellen wurden „all-fibre“ durchstimmbare Faserlaser entwickelt. Diese Laser sind von 1530 nm bis 1565 nm kontinuierlich und ohne Modensprung durchstimmbar und weisen eine sehr schmale Linienbreite von etwa 100 kHz auf. Diese sehr guten Eigenschaften sind für eine Anwendung in der Spektroskopie ideal.
Diverse Verfahren zur Stabilisierung der „all-fibre“ Laser an HCF Azetylen Gaszellen durch lineare und nicht-lineare Spektroskopie wurden untersucht Basierend aus diesen Studien konnte einer der ersten „fully all-fibre“ Faserlaser demonstriert werden. Eine vertiefte Analyse der Stabilitätseigenschaften der Laser wurde durch den Vergleich mit dem optischen Frequenzkamm des METAS realisiert. Eine Allan Abweichung von etwa 2·E-10 bei tau = 200 s wurde erreicht.
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Abstract
(Englisch)
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The main goal of this project was to investigate and to develop all-fibre active and passive wavelength standards based on Hollow Core Fibre (HCF) filled with acetylene. Highly com-pact wavelength standards are of a primary importance not only for optical telecommunication but also for metrological applications.
Different technologies and methods for the fabrication of HCF-based gas cells have been developed and tested. The relevant physical aspects related to the gas filling of thin capillaries have been modeled and high and low pressure HCF gas cells have been successfully demonstrated. These fibres have proved to be well adapted for linear and non-linear spectroscopy applications.
A series of continuously tunable all-fibre lasers emitting from 1530 nm to 1565 nm have been successively developed. These lasers are fully mode hope free and show a very narrow spectral width of about 100 kHz. These characteristics are ideally suited for spectroscopy applications.
Different techniques for the stabilization of these lasers to HCF-based gas cells have been developed, leading to the realization of one the first fully all-fibre stabilized lasers ever re-ported. The spectral properties of these lasers have been extensively investigated by a comparison with the METAS optical frequency comb. An Allan deviation of about 2·E-10 at tau=200 s has been observed.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die in diesem Projekt zum ersten Mal demonstrierten „fully all-fibre“ Wellenlängennormale eröffnen eine Vielfalt von Anwendungen in vielen Bereichen wo hoch kompakte und stabile Wellenlängennormale benötigt werden. Die Kompaktheit der „all-fibre“ Gaszellen macht es insbesondere möglich, solche Komponenten in optischen Messgeräten oder in optischen Telekommunikationssystemen zu integrieren. Die Arbeiten werden im Rahmen des Europäischen Metrologie Forschungs- und Entwicklungsprogramms EMRP (Projekt JRP-07i: New generation of frequency standards for industry) fortgeführt.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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All-fibre passive and active wavelength standards, as they were demonstrated in this project, open the door to a large number of applications in many different domains where highly compact and stable wavelength standards are necessary. The compactness of these cells makes it possible to integrate them in optical measuring instruments or in optical telecommunication systems. The research is continued in the frame of the European Metrology Research Programme EMRP (project JRP-07i New generation of frequency standards for industry).
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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- P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "All-Fiber Frequency-Stabilized Erbium Ring Laser", Optics Express, 18, p. 26821-26827, 2010.
- P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "All-Fiber Multi-Purpose Gas Cells and their Applications in Spectroscopy", Journal of Lightwave Technology, 28, p. 1236-1240, 2010.
ProjektID – 4/4
P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "Pulsed All-Fiber Erbium Doped Ring Laser using Acetylene as Saturable Absorber", in preparation.
P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "Development of an Acetylene stabilized Erbium doped fiber laser system using hollow core photonic crystal fiber gas cells", OFMC, NPL Teddington, 17. September 2009.
P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "All-fiber frequency-stabilized Er-doped ring laser",
Europhton, Hamburg, 31. August 2010.
P. T. Marty, J. Morel, T. Feurer, "Fabry-Perot cavity enhanced spectroscopy on Acetylene utilizing a Hollow Core Photonic Crystal Fiber", CLEO Europe, München, 18. Juni 2009.
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