Ученые сравнили потери в волоконных брэгговских решетках для астрофотоники
Исследователи представили сравнительный анализ потерь в волоконных брэгговских решетках (FBG), используемых в астрофотонных приборах для наземных наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне. Работа опубликована на arXiv и посвящена проблеме минимизации потерь в условиях дефицита фотонов.
Волоконные брэгговские решетки рассматриваются как перспективные компоненты астрофотоники, однако их применение ограничено вносимыми потерями и потерями на модах оболочки. В ходе эксперимента ученые изучили пять линий фильтров в трех фотоночувствительных волокнах — с низкой числовой апертурой, с высокой апертурой и нечувствительных к изгибу, а также с подавлением мод оболочки — и в нечувствительном к свету волокне SMF-28.
Фильтры записывались двумя методами с использованием фазовых масок: непрерывным ультрафиолетовым (УФ) лазером, позволяющим создавать многоканальные фильтры, и фемтосекундным инфракрасным (fs-IR) лазером с формирующими апертурами для контроля спектральной характеристики. Сравнение показало существенные различия в потерях.
Наименьшие потери на модах оболочки среди фотоночувствительных волокон продемонстрировали решетки, записанные УФ-лазером в волокне с высокой числовой апертурой и устойчивостью к изгибу: около 0,5 дБ. Однако вносимые потери в этом случае оказались самыми высокими — 4,6 дБ. В то же время решетки, созданные фемтосекундным лазером в нечувствительном волокне SMF-28, показали рекордно низкие вносимые потери — менее 0,05 дБ, при сравнительно более высоких потерях на модах оболочки (0,93 дБ).
Для снижения высоких вносимых потерь в волокне с высокой числовой апертурой авторы применили методы сужения и мостикового соединения. Установлено, что мостиковая схема уменьшает вносимые потери примерно на 3 дБ. В результате обе платформы фильтров остаются пригодными для интеграции в астрофотонные системы, обеспечивая вносимые потери ниже 1 дБ.
Дополнительно предложена компактная мостиковая схема, которая, по расчетам, позволяет снизить вносимые потери до уровня ниже 0,5 дБ, одновременно сократив количество мостиковых волокон и, соответственно, число сварных соединений на 50%. Это открывает путь к созданию более эффективных фильтров для астрономических инструментов.
Результаты исследования важны для разработки новых поколений астрофотонных приборов, где требуется максимально сохранять слабые сигналы от удаленных объектов. Дальнейшее совершенствование методов записи решеток и схем соединения может существенно повысить чувствительность наземных телескопов.
