Una fibra de doble revestimiento cónica ( T-DCF ) es una fibra óptica de doble revestimiento que se forma mediante un proceso de estirado de fibra especializado, en el que se controlan la temperatura y las fuerzas de tracción para formar una conicidad a lo largo de la longitud de la fibra. Al utilizar preformas de fibra pre-revestidas, tanto el núcleo de la fibra como las capas de revestimiento interior y exterior varían en diámetro y espesor a lo largo de toda la longitud de la fibra. Esta conicidad de la fibra permite la combinación de las características de las fibras monomodo de doble revestimiento convencionales de 8-10 μm de diámetro para propagar la luz en modo fundamental con las fibras multimodo de doble revestimiento de mayor diámetro (50-100 μm) utilizadas para la amplificación óptica y el láser. El resultado es un mejor mantenimiento de la fidelidad del pulso en comparación con los amplificadores de fibra de diámetro constante convencionales . En virtud del gran diámetro del revestimiento, la T-DCF puede ser bombeada por fuentes ópticas con un factor de brillo muy pobre, como barras de diodos láser o incluso matrices VECSEL, lo que reduce significativamente el costo de los láseres/amplificadores de fibra.
El amplificador T-DCF fue concebido y demostrado por primera vez en la Universidad de Tampere en el grupo de investigación del profesor Oleg Okhotnikov en 2008. La tecnología recibió una patente en 2013 como un medio para superar los efectos ópticos no lineales que anteriormente limitaban el escalado de potencia de los láseres de fibra y los amplificadores de fibra . [1]
El aumento del diámetro de los amplificadores de fibra óptica cilíndricos generalmente aumenta el nivel de efectos no lineales, como la dispersión Brillouin estimulada. [2] El resultado de formar una fibra de doble revestimiento con geometría cónica es que la luz introducida en el extremo delgado se propaga en un núcleo ancho sin cambiar el contenido de modos. [3] En consecuencia, el uso de T-DCF para la amplificación óptica en una fibra multimodo mantiene una buena calidad del haz al elevar los umbrales de estimulación de efectos no lineales, incluida la dispersión Brillouin y Raman y la emisión espontánea. Se ha informado del uso de fibra cónica con diámetros de núcleo de extremo grueso de hasta 200 μm con una apertura numérica de 0,11 y niveles récord de amplificación de energía y potencia pico de pulsos de 60 ps con energía de 300 μJ libres de distorsiones no lineales. [4]
La estructura de doble revestimiento de la fibra significa que el núcleo puede ser bombeado con mayor potencia de la que podría propagarse en la fibra. La absorción y conversión de luz de bombeo por unidad de longitud aumenta en la fibra cónica en comparación con las fibras cilíndricas con niveles similares de dopaje de iones activos. Esto se debe a la mezcla mejorada del modo de revestimiento y la mayor absorción en el extremo más grueso del cono debido al revestimiento mucho más grueso, lo que también significa que los dopantes de iones de tierras raras se concentran de manera beneficiosa en el extremo ancho de un T-DCF, ya que la geometría define su presencia como directamente proporcional al cuadrado del diámetro. [5] Esta mayor absorción permite la amplificación de láseres ultrarrápidos mediante amplificadores muy cortos de solo decenas de centímetros de largo, lo que proporciona una amplificación de pulsos ultracortos de alta fidelidad.
Una de las ventajas más importantes de la T-DCF es la simplicidad de su producción. La producción de preformas para fibras especiales de alta potencia (fibras microestructuradas de tipo varilla, fibras 3C o LCF) implica una tecnología compleja y unos requisitos estructurales estrictos. Por el contrario, la T-DCF se fabrica utilizando preformas de fibra estándar. Las técnicas de producción sencillas, que consisten en variar la velocidad de estirado durante el proceso de estirado, hacen que el diámetro de la fibra varíe a lo largo de su longitud. La producción de T-DCF es apenas un poco más compleja que la producción de una fibra activa normal.