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Thomas Hawkins
Author with expertise in Silicon Photonics Technology
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Nonlinear optical properties of polycrystalline silicon-germanium core fibers from telecom wavelengths into the mid-infrared spectral region

Amar Ghosh et al.Jun 20, 2024
Polycrystalline silicon germanium (SiGe) core fibers offer great potential as flexible nonlinear platforms. Compared to Si core fibers, the SiGe material offers higher nonlinear coefficients, extended mid-infrared wavelength coverage, and the possibility to tune the bandgap and index of refraction through varying the Ge concentration. Here SiGe core fibers with 10% Ge were fabricated using the molten core drawing method, followed by CO2 laser irradiation. The transmission properties of the fibers were subsequently improved further using a fiber tapering method, to tailor the core diameter and enhance the crystallinity. The resulting tapered SiGe fiber had linear losses of 2.17 dB cm-1 at 1.5 μm and 4 dB cm-1 at 2.5 μm, significantly lower than previous reports. Nonlinear characterization of the fibers reveals that the nonlinear coefficients are higher than standard Si core fibers, as expected due to the introduction of germanium. The significantly higher value of the nonlinear figure of merit calculated for the SiGe fiber for wavelengths above 2 μm indicates that this new fiber platform could find numerous applications in mid-infrared nonlinear photonics.
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Optical cooling of a Yb-doped alumino-phosphosilicate fiber in air by −250 mK

Chun‐Wei Chen et al.Aug 2, 2024
Recent progress in the fabrication of Yb-doped silicate fibers with low concentration quenching and low background absorption loss has led to the demonstration of anti-Stokes-fluorescence cooling in several aluminosilicate compositions. This breakthrough is critical to combat deleterious thermal effects due to the quantum defect in fiber lasers and amplifiers. Since cooling efficiencies remain low (1-2.7%), it is paramount to engineer compositions that improve this metric. We report a silica fiber with a core glass heavily doped with aluminum and phosphorus that sets, to our knowledge, a few new records. This few-mode fiber (16-µm core) was cooled in air by -0.25 K from room temperature with ∼0.5 W of 1040-nm power. The measured cooling efficiency is 3.3% at low pump power and 2.8% at the power that produced maximum cooling. The critical quenching concentration inferred from the measured dependence of cooling on pump power and careful calibration of the pump absorption and saturation is 79 wt.%. The inferred background absorption loss is 15 dB/km. Together with the fiber's average Yb concentration of 4.2 wt.%, these metrics rank among the best reported in a silica glass.
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Low loss polycrystalline SiGe core fibers for nonlinear photonics

Amar Ghosh et al.Jun 4, 2024
Polycrystalline silicon-germanium (SiGe) core fibers offer great potential as flexible platforms for microscale optoelectronic and nonlinear optical devices. Compared to silicon (Si) core fibers, the SiGe material provides the potential for higher nonlinear coefficients, extended mid-infrared wavelength coverage, and a means to tune the bandgap and index of refraction by varying the Ge composition. Here, SiGe core fibers (10 at% Ge) were fabricated using the molten core drawing method, followed by CO 2 laser irradiation to improve the homogeneity of the core. The transmission properties of the fibers were further optimized using a fiber tapering method to tailor the core diameter and re-grow the crystal grains. The resulting tapered SiGe fiber exhibited an average linear loss of ∼3 dB cm −1 across the wavelength range 1.5 − 2.5 µm, allowing for nonlinear optical characterization of this new fiber type. Measurements of the nonlinear figure of merit demonstrate the potential for higher nonlinear performance compared to the pure Si core fibers, particularly for wavelengths >2 µm, indicating that the SiGe fiber platform could open up new opportunities for mid-infrared nonlinear photonics.