31.12.2006
Neuartige Glasfasern, bei denen Lichtführung auf photonischen Bandlückenstrukturen beruht, weisen mehrere attraktive Eigenschaften auf: Da das Licht nicht, wie bei konventionellen Fasern, durch Totalreflexion am Übergang von einem höher brechenden Kern zu einem niedriger brechenden Mantel geleitet wird, werden keine besonderen Ansprüche an den Faserkern gestellt. Er darf sogar aus Luft oder Vakuum bestehen. Der geringe Licht-Materie-Überlapp einer derartigen Hohlkern (HC)-Faser führt zu kleinen optischen Nichtlinearitäten, was die Übertragung ultrakurzer Impulse mit hohen Spitzenleistungen ermöglicht. Dies ist z. B. wichtig für die schonende Zahnbehandlung mit Femtosekundenimpulsen. Bei der PTB wurde ein hochempfindliches Messverfahren zur Bestimmung kleinster Nichtlinearitäten entwickelt und erstmalig auf eine kommerziell erhältliche Quarzglas hollow core photonic crystal fibre (HC-PCF) angewendet.
Dazu wurde die Faser mit zwei frequenzversetzten Femtosekundenimpulszügen (Frequenzen ν1 und ν2 ) bei 1550 nm gepumpt und eines der durch Vierwellenmischung erzeugten Mischprodukte (Frequenz ν12) mit Hilfe eines starken Überlagerungssignals (Frequenz νLO ) heterodyn-detektiert, siehe Abb. 1.
Frequenzschema der Vierwellenmischung
Die einzelnen Signale wurden mittels akusto-optischer Modulatoren aus dem gemeinsamen Eingangsignal, einem Femtosekundenimpulszug, abgeleitet. Bei Variation der Eingangsleistung zeigte sich eine Signalabhängigkeit mit einem quadratischen Potenzgesetz, Abb. 2, als klarer Indikator der vorliegenden Fasernichtlinearität. Eine Abschwächung direkt vor dem Detektor ergab dagegen ein lineares Potenzgesetz, wodurch eine Nichtlinearität im Detektor oder der anschließenden Signalaufbereitung ausgeschlossen werden kann.
Signalabhängigkeit bei Abschwächung vor und hinter der HC-PCF
Die Messung an einem 20,5 cm langen Stück einer HC-PCF (HC1550 02) ergab für die effektive Nichtlinearität der Faser:
Dieser Wert ist etwa 1000 mal kleiner als bei Vollkern-Standardfasern (SMF28). Eine Abschätzung zeigt, dass die Nichtlinearität etwa zu gleichen Teilen aus der Luft im Hohlkern und aus der Glas-Bandlückenstruktur stammt, in die das evaneszente Feld etwas eindringt.