Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах

• Автор: Лихачев, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание работы
Глава I. Механизмы оптических потерь в волоконных световодах в ближней ИК области 0.7 - 1.8 мкм (обзор литературы).
§1.1. Рэлеевское рассеяние
§1.2. Электронное поглощение
§1.3. Фонопное поглощение
§1.4. Механизмы избыточных потерь
Глава II. Исследование величины рэлеевского рассеяния в высоколегированных одномодовых световодах.
§2.1. Методы измерения рэлеевского рассеяния
§2.2. Измерение коэффициентов рэлеевского рассеяния при помощи метода
обратного рассеяния
§2.3. Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния от концентрации
легирующей добавки и температуры вытяжки световода
§2.4. Приложение. Пересчет усредненных по ППП коэффициентов рэлеевского рассеяния в коэффициенты для равномерно легированного стекла
2.4.1 Линейная зависимость коэффициента рэлеевского рассеяния от концентрации легирующей добавки
2.4.2 Ступенчатый профиль показателя преломления
Глава III. Исследование пространственного распределения оптических потерь по сечению одномодовых в ближней ИК области спектра световодов.
§3.1. Постановка проблемы. Существующие методы
§3.2. Модификация метода измерения дифференциальных модовых потерь, для случая маломодовых световодов
3.2.1. Используемые обозначения
3.2.2. Описание методики
§3.3. Результаты измерения дифференциальных модовых потерь в
высоколегированных световодах
§3.4. Величина оптических потерь в сердцевине световода и на границе сердцевина-оболочка

§3.5. Спектральная зависимость избыточных оптических потерь, возникающих в области центрального провала в ППП и на границе сердцевина-оболочка
Глава IV. Исследование угловой зависимости интенсивности света рассеянного в одпомодовых световодах.
§4.1. Краткий обзор существующих методов
§4.2. Исследование угловой зависимости интенсивности света рассеянного под
малыми углами к оси световода
§4.3. Установка для измерения углового распределения интенсивности рассеянного
света в широком диапазоне углов
§4.4. Результаты измерения интенсивности рассеянного света в широком диапазоне
углов
§4.4. Приложение к параграфу 4
Глава V. Избыточные потери в высоколегированных германо- и фосфоро-сшшкатных световодах (обсуждение результатов).
§5.1. Причины возникновения избыточных оптических потерь
5.1.1. Природа избыточных потерь
5.1.2. Механизм появления, неоднородностей, приводящих к появлению

избыточных потерь
§5.2. Снижение избыточных оптических потерь путем оптимизации ППП
(сравнение VAD и MCVD технологий)
§5.3. Избыточные оптические потери в многомодовых и одномодовых высоколегированных световодах
Заключение
Список литературы

Развитие волоконной оптики в первую очередь связано с бурным развитием волоконно-оптической связи в течении последних 20 - 30 лет. В то же время, волоконные световоды оказались не только прекрасной передающей средой, характеризующейся очень низкими оптическими потерями и широкой полосой пропускания, но и перспективным нелинейным элементом для ряда приложений, часто напрямую не связанных с оптическими системами передачи информации. Вследствие этого, большое внимание уделяется высоколегированным одномодовым волоконным световодам. Малый размер поля моды, практически неограниченная длина взаимодействия и простота соединения со стандартными одномодовыми световодами делают такие световоды идеальным нелинейным элементом для самых разнообразных приложений.
Световоды с повышенной (по сравнению со стандартными световодами) концентрацией оксида германия широко используются в рамановских лазерах и усилителях [1, 2], параметрических усилителях [3], при нелинейном переключении импульсов [4], генерации суперконтинуума [3, 5] и во многих других устройствах [5-9]. Световоды, легированные до высоких концентраций оксида фосфора нашли применение в рамановских конвертерах. Стекло, легированное оксидом фосфора, обладает значительно большей величиной рамановского сдвига (1330 см'1) по сравнению с германосиликатным стеклом (440 см'1). Это позволяет значительно
уменьшить количество каскадов в рамановских конверторах при получении больших величин рамановских сдвигов [10, 11].
Эффективность нелинейных эффектов, как известно, определяется плотностью световой мощности, сосредоточенной в сердцевине световода, которая увеличивается при уменьшении размера поля моды. Для достижения малого размера поля моды (и, следовательно, высокой плотности мощности) необходимо иметь большую разницу показателей преломления Дп
распространения и одинаковые оптические потери. Варьируя угол, под которым падает на торец световода, слабо сходящийся пучок лазерного излучения, удавалось возбуждать только один из наборов мод с индексами / — О, 1, 2 и т = 1 (см. рис.8 б). Моды НЕ31 и ЕНц с т = 2 и / = 0 имели отсечку вблизи 0.63 мкм и легко выводились посредством намотки нескольких витков световода на катушку радиуса 0.5 - 2 см. В наших работах [73, 74] данные моды не исследовалась. Для каждого из возбуждаемых наборов мод методом последовательного уменьшения длины световода (cut back method) измерялись оптические потери.
Как показало изучение распространения мод по исследуемым световодам, моды с одинаковыми индексами / и т легко перемешиваются даже в сравнительно коротких световодах длиной несколько метров, в то же время, связь между модами с разными индексами достаточно незначительна, вследствие большой разницы постоянных распространения. Так, при возбуждении в световоде, легированном оксидом фосфора (Дп = 0.01) одной из двух, распространяющихся на длине волны 0.63 мкм, групп мод (т = ,1
1 или 2), на выходе 500 метрового отрезка световода, невозбужденная группа мод визуально не наблюдалась. В высоколегированных германосиликатных световодах при исследовании длин световодов порядка 50м, возбуждаемая группа мод испытывала значительное затухание (в 2 - 5 раз) и на выходе наблюдалось наличие групп мод отличных от той, которая возбуждалась на входе. По всей видимости, происходил частичный захват рассеиваемого излучения вследствие большой разницы показателей преломления сердцевины и оболочки световода (Ап = 0.034, см рис.8а). При измерениях оптических потерь длина исследуемых световодов подбиралась таким образом, чтобы потери в образце световода были достаточно большими (~
2 dB), но, при этом, не наблюдалось появление дополнительных групп мод, отличных от группы мод, возбуждаемых на входе световода. Отсечки исследуемых мод находились на таком расстоянии от рабочей длины волны, что вытеканием этих мод можно было пренебречь (см. рис.9).