Оптические свойства волокон с присадками ионов переходных металлов

• Автор: Осипова, Наталья Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 125 с.

ГЛАВА 1. НЕЛИНЕЙНЫЕ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
1.1. Анализ нелинейных и поляризационных эффектов в волоконно-оптических системах передачи

1.2. Нелинейные явления в оптических волокнах

1.2.1. Четырехволновое смешение

1.2.2. Фазовая кросс- и самомодуляция

1.2.3. Вынужденное комбинационное рассеяние

1.2.4. Вынужденное рассеяние Манделыптама-Бриллюэна

1.3. Волокна с сохранением состояния поляризации

1.4. Поляризационные явления в оптических волокнах

1.4.1. Деполяризация

1.4.2. Поляризационная неустойчивость

1.4.3. Влияние поляризации на качество передачи информации
1.5. Постановка задачи и методология исследования
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА С ПРИСАДКАМИ
ИОНОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
2.1. Анализ разновидностей присадок и существующих способов внесения присадок в оптическое волокно
2.2. Введение в волокно присадки хрома Сг3+ методом пропитки
2.3. Анализ результатов пропитки
ГЛАВА 3. ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОЕ СМЕШЕНИЕ
3.1. Исследование спектра излучения Не-Ые лазера

3.2. Экспериментальная установка
3.3. Анализ результатов экспериментальных исследований
ГЛАВА 4. ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ
4.1. Экспериментальная установка
4.2. Результаты экспериментальных исследований
ГЛАВА 5. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ
5.1. Экспериментальная установка
5.2. Анализ результатов экспериментальных исследований
5.2.1 Степень поляризации
5.2.2 Характер поляризационной неустойчивости
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Распространение света в оптических волокнах сопровождается рядом эффектов, к числу которых относятся четырехволновое смешение (ЧВС), фазовая кросс- и самомодуляция (ФКМ и ФСМ), вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) и вынужденное рассеяние Манделынтама-Бриллюэна (ВРМБ). В условиях современных тенденций развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) с использованием оптических линий связи происходит постоянное увеличение передаваемых мощностей. Это в свою очередь приводит к неизбежному росту эффективности нелинейных процессов, и тогда их влиянием на качественные характеристики ВОСП нельзя пренебрегать. Хотя вопросам исследования нелинейных и поляризационных явлений посвящено много работ как российских, так и зарубежных ученых, все же есть направления, которые недостаточно изучены и требуют более детального подхода. Актуальными являются вопросы исследования поляризационных явлений, возникающих в оптических волокнах, волоконно-оптических устройствах и компонентах. К тому же непрерывно совершенствуемые и вновь создаваемые оптические материалы и волоконно-оптические устройства открывают новые возможности для научных исследований в данной области.
Цель диссертационной работы - исследование влияния присадок ионов переходных металлов и кольцевой конструкции на особенности нелинейного и поляризационного преобразования излучения в оптических волокнах.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1) создана кольцевая волоконно-оптическая установка для экспериментального исследования оптических свойств волокон с присадками ионов переходных металлов;
2) исследована нелинейная система уравнений для амплитуд волн, участвующих в четырехволновом смешении (ЧВС), в приближении неистощенной и истощенной накачки. Найдены решения в явном виде, удовлетворяющие граничным условиям, которые соответствуют условиям проведения эксперимента.

С развитием систем WDM появились такие волоконно-оптические устройства, как усилители, лазеры, фильтры, модуляторы, конструкции которых содержат волокна с присадками из редкоземельных элементов.
В качестве примесей, вызывающих усиление и лазерный эффект, могут быть использованы те или иные ионы элементов переходных групп. Особенностью атомов этих групп является наличие внутренних частично заполненных электронных оболочек [110].
Наибольшее распространение в качестве присадок, вызывающих усиление и лазерный эффект, получили ионы редкоземельных элементов: неодима Nd3+ [111], эрбия Ег3+ [112], иттербия Yb3+ [91], празеодима Рг3+, гольмия Но3+ [113], диспрозия Dy3+ [113] и др. Эти ионы отличаются уровнями поглощения и длиной волны флюоресценции. Работают они на длинах волн, представляющих интерес для волоконно-оптичесих линий связи. Существует также широкий спектр других легирующих материалов, позволяющих создавать лазерные среды, включая ионы переходных металлов, например, Cr3+, Сг4+ [113,114,115].
Уровень легирования, необходимый для работы в режиме усиления, мал и составляет всего несколько десятков единиц на миллион окружающих атомов (ppm - parts per million, или млн'1). Большая часть разработанных волокон имеет концентрацию ионов 10... 1000 ppm.
В настоящее время опубликованы результаты работ по созданию ряда мощных волоконных световодов, легированных ионами Nd3+, Er3+, Yb3+ [11, 112,113,116]. Эффективность преобразования излучения накачки в волокнах, легированных РЗЭ, возрастает при сенсибилизации люминесценции. Ионы-сенсибилизаторы эффективно поглощают излучение накачки, а затем безызлу-чательно передают полученную энергию активным центрам [112,113,116].
В работах [114,117] представлены спектры поглощения и люминесценции световодов, содержащих ионы хрома. Показано, что ионы хрома Сг3+ и Сг4+, находясь в матрице стекла, способны поглощать излучение в диапазоне спектра от 400 до 1500 нм. Коэффициент поглощения световодов с присадками хрома зависит от концентрации присадки в стекле. Интенсивность люминесценции