Фоточувствительность фосфоросиликатных световодов к воздействию излучения эксимерных лазеров

• Автор: Рыбалтовский, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ГЛАВА 1. Фоточувствительность легированных кварцевых стекол (обзор литературы)
1.1. Фосфоросиликатное стекло и световоды на его основе
1.2. Внутриволоконные решетки показателя преломления
1.3. Фоточувствительность световодов
ГЛАВА 2. Техника эксперимента и экспериментальные установки
2.1. Характеристики фосфоросиликатных световодов, использованных при исследовании эффекта фотоиндуцированного наведения показателя преломления
2.2. Методики облучения световодов и измерения в них наведенного показателя преломления
2.3. Методы исследования дефектов, наводимых в сетке стекла при воздействии УФ излучения
ГЛАВА 3. Микроскопические дефекты в фосфоросиликатном стекле, наводимые излучением АгЕ-лазера (193 нм)
3.1. Спектры поглощения микроскопических дефектов
3.2. Наведенное поглощение в ИК спектральном диапазоне (2500-5000 нм)
3.3. Наведенное поглощение в телекоммуникационном диапазоне длин волн (1000-1600 нм)
3.4. Наведенное поглощение в УФ и видимом спектральных диапазонах (200-800 нм)
3.5. Наведенное поглощение в ВУФ спектральном диапазоне (150-200 нм)
3.6. Исследование корреляции дозных зависимостей наведенного поглощения и наведенного показателя преломления
3.7. Выводы
ГЛАВА 4. Динамика фотохимических процессов и наведения показателя преломления в фосфоросиликатных световодах при облучении АгБ эксимерным лазером на длине волны 193 нм
4.1. Теоретическая модель двухэтапного процесса фотоиндуцированных преобразований дефектов в стекле
4.2. Обсуждение результатов
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. Наведение показателя преломления в фосфоросиликатных световодах с использованием эксимерных лазеров, генерирующих на различных длинах волн
5.1. Фоточувствительность на длине волны генерации КлЕ-лазера (248 нм)
5.2. Фоточувствительность на длине волны генерации АгГ-лазера (193 им)
5.3. Фоточувствительность на длине волны генерации ІД-лазера (157 нм)
5.4. Высокоэффективные ВКР-лазеры на базе фосфоросиликатных световодов
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

По мере совершенствования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) появляются потребности в разработке новых оптических устройств, которые могут быть полностью интегрированы в ВОЛС. Например, переход от одной несущей длины волны оптического излучения к нескольким потребовал разработки специальных волоконных WDMa устройств, осуществляющих мультиплексирование и демультиплексирование оптических сигналов с различной длиной волны. Значительный шаг в совершенствовании систем ВОЛС был сделан при разработке технологии создания периодически изменяющегося по длине световода показателя преломления (записи внутриволоконных решеток показателя преломления). Простота изготовления и использования решеток показателя преломления позволила найти им широкое применение в качестве отражающих, фильтрующих и диспергирующих элементов в системах ВОЛС и, кроме того, в датчиках различных физических величин (температуры, плотности, давления).
Волоконные лазеры появились через 10-15 лет после прокладки первых ВОЛС. Принцип действия этих лазеров основан на эффекте вынужденного излучения возбуждаемых оптически редкоземельных элементов (РЗЭ), которыми легирована сердцевина активного световода. В настоящее время РЗЭ лазеры и усилители являются неотъемлемым элементом современных ВОЛС.
Ключевым элементом любого лазера являются отражающие зеркала. Разработка технологии записи волоконных решеток позволила отказаться от использования объемных элементов (зеркал, микрообъективов) при создании РЗЭ лазеров, что привело к повышению их надежности, снижению себестоимости, а также их интеграции в системы ВОЛС. Наиболее полно исследована и отработана технология записи волоконных решеток в световодах, легированных оксидом германия. Однако спектральные характеристики и эффективность работы большинства РЗЭ лазеров в значительной степени определяются
‘ WDM (“Wavelength Division Multiplexor”) - спектральный мультиплексор.

матрицей стекла сердцевины световода. Для большинства РЗЭ матрица фосфоросиликатного стекла имеет значительное преимущество перед матрицей германосиликатного стекла. Например, в случае УЬ-Ег лазера эффективная передача энергии накачки от ионов УЬ3+ к ионам Ег3+ возможна только в матрице фосфатных стекол (в частности, фосфоросиликатного стекла). Поэтому к началу данной работы возникла острая потребность в разработке технологии записи волоконных решеток показателя преломления в фосфоросиликатных световодах.
Одновременно с РЗЭ лазерами интенсивно разрабатывались волоконные лазеры и усилители, основанные на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света в сердцевине световода. В отличие от РЗЭ лазеров (усилителей), генерирующих (усиливающих) оптическое излучение в ограниченном диапазоне длин волн, ВКР-лазеры и усилители3 позволяют получить генерацию (усиление) практически на любой длине волны. Однако для эффективной работы ВКР-лазеров и усилителей необходимы мощные одномодовые лазеры накачки со строго определенной рабочей длиной волны. В настоящее время этому требованию удовлетворяют следующие источники накачки: лазеры на базе одномодовых световодов, легированных ионами Ш3+, либо УЬ3+, способные генерировать излучение в довольно узком спектральном диапазоне 1.05-1.1 мкм. В то же время, например, для накачки ВКР-усилителя на длине волны ~ 1.3 мкм требуется излучение с длиной волны 1.24 мкм, а для накачки эрбиевого усилителя - излучение с длиной волны ~ 1.48 мкм. Поскольку в германосиликатном стекле величина сдвига для основной полосы комбинационного рассеяния (КР) составляет ~ 440 см'1, излучение нужной длины волны может быть получено путем преобразования излучения 1.06 мкм при помощи трехкаскадного ВКР-конвертера в первом случае и при помощи шестикаскадного ВКР-конвертера во втором.
а В иностранной литературе ВКР и ВКР лазеры (усилители) называют соответственно римановское рассеяние и рамановские лазеры (усилители).

ГЛАВА 3. Микроскопические дефекты в фосфоросиликатном стекле, наводимые излучением АгГ-лазера (193 нм)
ПП является интегральной, макроскопической характеристикой стекла, но в силу известных соотношений Крамерса-Кронига изменение ПП может быть связано с поглощением микроскопических дефектов, наводимых в сетке стекла излучением УФ диапазона длин волн.
Существует гипотеза, что в основе наведения ПП в стекле под действием УФ-облучения лежат структурные преобразования на уровне микроскопических дефектов. В отличие от германосиликатного стекла, собственные и фотоиндуцированные дефекты в фосфоросиликатном стекле изучены достаточно слабо и для выяснения механизмов наведения ПП в фосфоросиликатном стекле было необходимо провести детальное исследование структуры и оптических свойств микроскопических дефектов, образующихся под действием УФ-облучения. В данной главе будут представлены результаты исследований спектров поглощения образцов заготовок и световодов на основе фосфоросиликатного стекла, облученных АгР лазером с длиной волны генерации 193 нм.
3.1. Спектры поглощения микроскопических дефектов
Исследование поглощения в образцах фосфоросиликатного стекла, наведенного при УФ-экспонировании, является очень важным этапом для понимания механизма фоточувствительности фосфоросиликатных световодов. Вклад в общее наведенное поглощение в стекле дают как спектральный сдвиг (или изменение интенсивности) существовавших ранее полос поглощения, так и появление новых полос. Новые полосы поглощения обусловлены возникновением в сетке стекла микроскопических дефектов (центров окраски). Из анализа профиля ПП в сердцевине облученного на длине волны 193 нм фосфоросиликатного световода, изображенного на Рис. 13, следует, что эффект