Волоконные световоды с активной сердцевиной, полученной путем спекания смеси порошкообразных оксидов исходных веществ

• Автор: Вельмискин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СВОЙСТВА АКТИВНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МЕТОДАМ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ. (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1Л Основные типы активных волоконных световодов. Используемые активные легирующие примеси

1.2 Основные методы изготовления заготовок активных волоконных световодов

1.3 Метод получения волоконных световодов путем спекания порошкообразных оксидов

1.4 Методики улучшения свойств оптического материала,

полученного спеканием оксидов

Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЗАГОТОВОК И ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ

2.1 Технология изготовления заготовок и волоконных световодов
2.2 Методики измерения оптических и структурных свойств заготовок
и волоконных световодов
ГЛАВА 3. АКТИВНЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ,
ЛЕГИРОВАННЫЕ АЛЮМИНИЕМ И ИТТЕРБИЕМ
3.1 Методика уменьшения неоднородностей в оптическом материале, полученном при спекании крупнодисперсных порошкообразных оксидов
3.2 Волоконные световоды, легированные алюминием
3.3 Волоконные световоды, легированные алюминием и иттербием
Выводы
ГЛАВА 4. АКТИВНЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ,
ЛЕГИРОВАННЫЕ ВИСМУТОМ
4.1 Кварцевые волоконные световоды с активной сердцевиной из

магний-алюмосиликатного стекла, легированного висмутом
4.2 Кварцевые волоконные световоды, легированные только висмутом 86 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность паботы
В последние 20 лет различные типы лазеров все шире применяются в промышленности, производя революционные изменения в технологических процессах. Лазерная сварка, резка, гравировка и другие виды обработки материалов становятся обыденным делом. Однако действительно повсеместное использование лазеров часто сдерживается высокой стоимостью лазерных систем и сложностью в эксплуатации.
Высокая стоимость и сложность существующих твердотельных лазерных систем заставляют разработчиков лазерного оборудования все больше и больше обращаться к возможности использования волоконных световодов в качестве активных элементов лазеров. Преимуществами волоконных лазеров являются: прямая накачка лазерными диодами и ее полное поглощение на большой длине, что способствует высокому значению эффективности генерации (80% в случае использования легированного ионами иттербия кварцевого стекла в качестве активного материала); отсутствие проблем, связанных с термооптическими явлениями, которые представляют существенное ограничение для повышения мощности твердотельных лазеров; надежность и простота, по сравнению с неволоконными аналогами [1].
Дальнейшее развитие идет по двум основным направлениям: первым является повышение мощности, эффективности, качества выходного пучка для лазеров на ионах редкоземельных элементов (в первую очередь на ионах иттербия, а также эрбия, тулия и гольмия) [2]. Другое - поиск возможностей для получения генерации в областях спектра, которые не покрываются возможностями генерации на редкоземельных ионах [27, 28].
В обоих случаях ключевую роль играет материал активной сердцевины волоконного световода. Это должно быть кварцевое стекло, легированное активным веществом (оксидом иттербия, эрбия, тулия, гольмия, висмута и т.п.) и солегированное оксидами алюминия, германия или фосфора. При этом даже

пониженным содержанием ОН-групп (< 1 ppm). Спектр оптического
пропускания материала труб показан на Рис. 2.2, содержание оптически активных примесей - в таблице 1.
Typical Spectral Transmittance of Suprasil 300 (sample thickness: 2mm)
Рис. 2.2 Спектр оптического пропускания стекла F300 [45]
Таблица 1. Содержание оптически активных примесей в стекле F300 [45]
Typical chemical impurities (bulk) (ppm, pg/g) OH Content* (ppm, pg/g)
Li Na К Mg Ca Fe Cu Cr Mn Al Ti unannealed
0.01 0.05 0.01 0.005 0.05 0.02 0.01 0.005 0.005 0.05 0.05 <
*no charge m the OH content by the ameafmg process
В представленной работе использовались стандартные трубы длиной 1,4 м, диаметром 15 мм и с толщиной стенки 1,3 мм, которые перетягивались на необходимые диаметры.
Легирование кварцевого песка производилось его смешиванием в необходимых пропорциях с оксидами активных элементов. Так как основным преимуществом использования прекурсоров активных элементов в виде оксидов является их негигроскопичность [46], то точность легирования оптического материала зависит только от точности взвешивания