Изготовление и спектроскопическое исследование волоконных световодов из кварцевого стекла, легированного висмутом или свинцом

• Автор: Зленко, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Спектроскопические свойства ионов висмута

1.1.1 Ион В12+

1.1.2 Ион ЕЯ3+

1.2 Оптические свойства висмутовых центров в оксидных стеклах

1.3 Модели активных висмутовых центров

1.3.1 Модели ВАЦ, связанные с ионами висмута в высокой степени окисления

1.3.2 Модели ВАЦ, связанные с ионами висмута в низкой степени окисления

1.3.3 Точечные дефекты

1.4 Лазерная генерация в световодах, активированных висмутом
Глава 2. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ
2.1 Обзор методов изготовления волоконных заготовок
2.2 Метод БСУО изготовления волоконных заготовок
2.3 Метод легирования стекла путем пропитки пористого слоя
2.4 Вытяжка волоконного световода
2.5 Измерение оптических потерь
2.6 Измерение люминесценции
2.7 Рентгеновский микроанализ
Глава 3. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ВИСМУТОВЫХ ЦЕНТРОВ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ПРОЦЕССА БСУО
3.1 Спектроскопические свойства раствора хлорида висмута (III) в ацетоне
3.2 Спектроскопическое исследование пористых слоев, отожженных и остеклованных в
разных атмосферах и при разной температуре
3.2.1 Отжиг пропитанных образцов при температурах 1000, 1200 и 1400°С в течение
часа в атмосфере воздуха
3.2.2 Проплав части пористого слоя в атмосфере воздуха
3.2.3 Остекловывание пористого слоя в нейтральной (гелий) и окислительной
(кислород) атмосферах
3.3 Исследование заготовок и световодов из кварцевого стекла с сердцевиной,
активированной висмутом
3.3.1 Исследование волоконной заготовки с сердцевиной, активированной висмутом
и не содержащей других лс! ирующих добавок
3.3.2 Исследование волоконных световодов с сердцевиной, активированной
висму юм и не содержащей других легирующих добавок

3.3.3 Исследование заготовки с повышенной концентрацией висмута в сердцевине..
3.3.4 Исследование ап конверсионной люминесценции световода с сердцевиной, активированной висмутом и не содержащей других легирующих добавок
3.3.5 Лазерная генерация в световоде с сердцевиной, активированной висмутом и не содержащей других легирующих добавок
3.4 Выводы к главе
Глава 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИК АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА, ЛЕГИРОВАННОГО СВИНЦОМ
4.1 Спектры оптических потерь
4.2 Исследование люминесценции
4.3 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Создание в 70-х годах прошлого века волоконных световодов на основе кварцевого стекла с низкими оптическими потерями, близким к предельно малым для кварцевого стекла (менее 0.2 дБ/км на длине волны 1550 нм), привело к стремительному развитию волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и других направлений, связанных с применением волоконных световодов. В настоящее время волоконные световоды на основе кварцевого стекла широко используются в телекоммуникационных системах. В магистральных линиях дальней связи BOJIC уверенно вытесняют морально устаревшую электрическую проводную связь и на сегодняшний день ВОЛС считаются самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. По, тем не менее, всё большая информатизация общества приводит к непрерывному увеличению объема передаваемой информации, что делает задачу поиска новых способов увеличения пропускной способности ВОЛС постоянно актуальной.

Ві Yb3+ Г“И 1 1 j !
Nd3+ □ □ і І - і
Er3+ і
Tm3+ - ** ** Ч*
Ho3+ * ---1 -і- 1 О E —i— 8 С L 4" и ■* Г“ —» 1— . ,
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2
Длина волны, нм
Рис. 1. Сравнение спектральных диапазонов лазерной генерации волоконных световодов, легированных редкоземельными элементами, и волоконных световодов, легированных висмутом [1]. Красными линиями обозначены регламентированные для ВОЛС диапазоны передачи сигнала.
Одним из методов увеличения пропускной способности ВОЛС является расширение традиционного спектрального диапазона передачи сигнала 1530 - 1625 нм (С и Ь диапазоны, волоконные усилители для этих диапазонов изготавливаются на основе световодов, активированных Ег3+, см. Рис. 1). Для этих целей наиболее интересен спектральный диапазон 1150 - 1530 нм (О, Е, 8 диапазоны, Рис. 1), поскольку он приходится на область наименьших потерь в кварцевом стекле. Существующие активные световоды, легированные нонами редкоземельных элементов (в частности, УЬ3+, Ш3', Ег3+, Тт3+, Но3+) не позволяют получать оптическое усиление в этом диапазоне, поэтому требуется поиск и разработка новых

частиц высокочистого кварцевого стекла, легированного соответствующей примесью, и последующим их осаждении на оправку для формирования пористой заготовки (преформы) волоконного световода. Основное различие этих методов в том, что в ОУБ осаждение происходит на боковую поверхность заготовки, а в УАО - на торцевую (см. Рис. 14, Рис. 15).
А - Образование пористой преформы
Б - Консолидация пористой В - Вытяжка волокна
преформы
Рис. 14. Схема 0Т) метода [134].