Pruebas de formación de las rejillas con un haz transversal

En el artículo (Stepanov, Hernández-Hernández 2007) se realizaron experimentos originales de detección de las rejillas (sin MDO) utilizando dos haces de grabado en contrapropagación y detección de la rejilla mediante la medición de la fluorescencia transversal transitoria, ver Figura 61.

Figura 61. Sistema experimental para la detección de la rejilla dinámica por la fluorescencia transversal transitoria. (FDE: Fibra dopada con erbio, MEO: modulador electro-óptico, FD: fotodiodo, CP1 y CP2: controladores de polarización, AV: atenuador óptico variable). El recuadro muestra la señal típica de fluorescencia transitoria en respuesta a una modulación de fase rectangular.

En este trabajo los autores utilizan un modulador electro-óptico (MEO) para introducir cambios periódicos de fase de rad en el patrón de interferencia formado con las dos ondas contrapropagándose con polarizaciones lineales paralelas; las polarizaciones son ajustadas mediante los dos controladores de polarización (CP1 y CP2). La señal de fluorescencia es detectada transversalmente por el fotodetector FD separado a una distancia de 1 mm de la fibra dopada. En el recuadro de la Figura 61 se muestra la traza típica de la señal de fluorescencia mostrada por el osciloscopio.

Utilizando esta técnica original de detección de la rejilla dinámica por la fluorescencia de un pedazo de fibra muy pequeña (unos milímetros), probamos detectar las rejillas grabadas con dos haces con 90° entre ellos. Los experimentos se realizaron conforme a la configuración presentada en la Figura 62 con un diodo láser de una longitud de onda de 1492 nm. A la salida de éste se conecta un aislador para evitar reflexiones. A continuación, se usó un acoplador 70/30, el cual se conecta al aislador mediante el brazo 1. De aquí, el 70% del haz sale del acoplador

por el brazo 3, el cual está conectado a un atenuador óptico variable (AV1). Este nos permite controlar la potencia que iluminará transversalmente a la FDE, la cual se encuentra desforrada para evitar algún tipo de esparcimiento debido a la cubierta plástica. El AV1 está conectado a un segmento de sistema que permite introducir cambios de fase en uno de los brazos de entrada a la FDE. Este se compone de un modulador electro-óptico (MEO) con un controlador de polarización (CP). Un generador de funciones inyecta una señal cuadrada al MEO con una frecuencia de 25 Hz y una amplitud de 2.6 Vpp que asegura saltos de fase bruscos por rad. La luz de salida del modulador se usa para iluminar la fibra dopada con erbio transversalmente, para esto la salida del modulador de fibra óptica se acerca a la fibra dopada tanto como es posible.

   Figura 62. Configuración experimental usada para la formación de la rejilla con una onda longitudinal y una transversal (AV1 y AV2: atenuadores ópticos variables, CP: controladores de polarización, MEO: modulador electro-óptico y FDE: Fibra dopada con erbio).

El 30% restante de la potencia de luz que entra al acoplador 70/30, sale por el brazo 4, el cual está conectado a un atenuador óptico variable AV2 y un controlador de polarización CP. Esta luz de potencia y polarización controlada entra a la FDE (a lo largo de la fibra). Este sistema permite que la iluminación a la FDE tenga la misma polarización y la misma potencia de entrada a la fibra ( = 1.0 mW). Se supone que en el segmento de FDE iluminado por dos haces se forma un patrón de interferencia y se espera la formación de la rejilla dinámica de población.

Se coloca un fotodiodo de manera transversal (atrás del plano de formación de la rejilla) a la FDE para detectar la señal de fluorescencia transitoria y visualizarla mediante el osciloscopio Lecroy Wave Surfer 422. Para centrar la iluminación transversal al núcleo de la FDE, ésta última se colocó en un conjunto de monturas micrométricas; con la finalidad de hacer un barrido a lo alto de la sección transversal de la fibra y aproximar lo más posible la iluminación transversal a la FDE sin que estas se toquen, ver Figura 63.

Figura 63. Esquema del centrado de la iluminación a la fibra “transversal” a la fibra “longitudinal” (esta última dopada con erbio y en la figura tiene orientación vertical). Spot de la fibra transversal). Spot de la fibra vertical: en ausencia de la fibra longitudinal – a; la iluminación sale de los límites de la fibra longitudinal – b y c; toda la iluminación está en los límites de la fibra (entonces, está bien centrada) – d.

Con ayuda de una luz roja de prueba (generada por un probador de fallas para fibras del fabricante Fiber Instrument Sales) y una pantalla blanca de observación colocada atrás de la fibra iluminada, se podía observar claramente cuándo estábamos en los límites de la fibra, obteniendo que la altura de la sección transversal es de 130 μm. Posteriormente, se acercaron las dos fibras lo más posible sin que se tocaran, para después colocar gel acoplador a fin de evitar reflexiones y mejorar el acoplamiento entre dos fibras con una orientación transversal.

Por otra parte, si en el sistema iluminamos a la fibra dopada con dos ondas de luz longitudinales (esto es, a lo largo de la FDE) con modulación de fase rectangular en una de las ondas de grabado (Figura 62), se espera que la señal de fluorescencia transitoria sea del 3% del valor estacionario de 2 mV detectado con una resistencia de carga de 1 M (i. e., de 60 V) bajo nuestras condiciones experimentales reales. Mientras que si usamos solo la iluminación transversal con la misma potencia transmitida en la fibra (Figura 62), tenemos una mancha de iluminación en el plano de núcleo de la fibra dopada de alrededor de 30 30 m, entonces la intensidad baja casi 3x3 10 veces en comparación con la potencia que se propaga longitudinalmente dentro del área del núcleo.

Debido a que la fibra dopada es iluminada transversalmente solo en una fracción de aproximadamente 30 μm de longitud; esto es también 30 veces menor que la longitud del área fotosensible del fotodiodo (1 mm2_{), la cual es}

aproximadamente igual a la longitud de la fibra dopada de cual se detecta la fluorescencia. Por esta razón la señal de fluorescencia promedio excitada por la luz transversal debe ser alrededor de 2/300 mV 7 V. Se espera que la amplitud de la señal transitoria de la rejilla sea ~3% de este valor promedio (esto es, alrededor de 0.2 V).

Claramente las señales con amplitudes tan bajas no son observables con el osciloscopio (sensibilidad de 1 mv/div). Una alternativa es la detección de la señal mediante un lock-in o usando un preamplificador de banda ancha.

Previamente se analizó la dispersión de la luz transversal en esa configuración donde tenemos una modulación de fase y la señal observada por el osciloscopio es amplificada por el lock-in. Para esto observamos la señal detectada por el fotodiodo (localizado en el plano superior de nuestra configuración) de la onda transversal sin fibra dopada (Figura 64a) con gel acoplador a la salida de la fibra. Después se colocó una fibra SMF28 en la posición de la fibra dopada observando la dispersión mostrada en la Figura 64b, ahora, sí volvemos a colocar la FDE y la iluminamos solo por la fibra transversal podemos observar las señales de dispersión en las Figura 64c y d con y sin gel acoplador, respectivamente.

Consideramos, que las señales parásitas se deben a las fluctuaciones periódicas de la polarización de la luz que hay a la salida del modulador. Como resultado aparece una modulación periódica de la polarización en la luz transversal, esto implica una modulación significativa de la luz esparcida por la superficie de la fibra con simetría cilíndrica. Esta es detectada por el fotodiodo y es desplegada por el lock-in como una señal fluctuante y con amplitud de alrededor de 0.5 μV.

Figura 64. Dispersión de la onda de señal transversal, sin fibra “longitudinal” a, con fibra SMF28 como fibra longitudinal – b, con fibra longitudinal Er123 sin gel acoplador – c y con fibra longitudinal Er123 con gel acoplador – d. Modulación periódica de fase con frecuencia 25 Hz.

Como mencionamos anteriormente, se espera que la señal de fluorescencia transitoria (del segundo armónico de la frecuencia de modulación) para una rejilla

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 -6 -4 -2 0 2 4 6 A m plit ud (  V) Tiempo (s) a -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 -6 -4 -2 0 2 4 6 Amplitu d (  V) Tiempo (s) b -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 -4 -2 0 2 4 Am plit ud (  V) Tiempo (s) c -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 -2 0 2 Ampl itud (  V) Tiempo (s) d

grabada con dos haces con 90° entre ellos sea menor a 0.2 μV. No es posible detectar la señal con el osciloscopio debido a su restricción de mínima sensibilidad; por otro lado, con el lock-in tampoco es posible detectar esta señal debido a la dispersión parásita.