Лазеры на волоконных световодах, легированных висмутом, генерирующие в спектральном диапазоне 1300-1550 нм

• Автор: Фирстов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ СТЕКОЛ И ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1 Оптические свойства стекол и волоконных световодов, легированных
висмутом
1.2 Исследование структуры активных висмутовых центров
1.3 Лазеры на волоконных световодах, легированных висмутом
1.4 Выводы
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ
2.1 Описание технологии изготовления заготовок волоконных световодов (МСУБ и БРСУИ)
2.2 Измерение спектров поглощения волоконных световодов
2.3 Методика измерения люминесценции заготовок и волоконных световодов в видимом и ИК спектральных диапазонах
2.4 Схема измерения времени жизни ИК люминесценции активных висмутовых центров
2.5 Методика измерения спектров оптического усиления волоконных световодов
2.6 Схема лазеров на основе волоконных световодов, легированных висмутом
ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ И ГЕРМАНИЕМ/ТИТАНОМ
3.1 Выбор состава сердцевины активных световодов. Характеристики экспериментальных световодов
3.2 Спектры поглощения и люминесценции германоалюмо-, алюмо- и ти-таноалюмосиликатных световодов, легированных висмутом

3.3 Спектры оптического (on/off) усиления световодов на основе алюмо-силикатного стекла, легированного висмутом
3.4 Спектрально-временные зависимости релаксации ИК люминесценции висмутовых центров в алюмо-, титаноалюмо- и германоалюмосиликат-ных световодах
3.5 Процессы передачи возбуждения между висмутовыми центрами в алюмо- и германоалюмосиликатных световодах. Антистоксовая (видимая) люминесценция
3.6 Выводы
ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРОГЕРМАНОСИЛИКАТНЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ
4.1 Экспериментальные образцы и их характеристики
4.2 Спектры поглощения и люминесценции фосфорогерманосиликатных световодов, легированных висмутом
4.3 Временные зависимости релаксации ИК люминесценции висмутовых центров в фосфорогерманосиликатных световодах
4.4 Спектры оптического (on/off) усиления фосфорогерманосиликатных световодов, легированных висмутом
4.5 Выводы
ГЛАВА 5. ЛАЗЕРЫ НА ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ, ЛЕГИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ, ИЗЛУЧАЮЩИЕ В СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ
1300-1550 НМ
5.1 Лазеры на основе фосфоро-, фосфорогермано- и германосиликатных световодов, легированных висмутом, генерирующие в спектральном диапазоне длин волн 1280 - 1550 нм
5.2 Волоконные висмутовые лазеры с выходной мощностью более 2 Вт
5.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы
Создание волоконных лазеров и усилителей, работающих в различных спектральных диапазонах, неразрывно связано с поиском и исследованием новых активных сред. В 1961 году Снитцером был создан первый волоконный лазер на основе световода, легированного ионами неодима [1]. Бурное развитие волоконных лазеров и усилителей началось после создания световодов с низкими потерями (менее 0.5 дБ/км на длине волны 1550 нм), пригодных для оптических систем передачи информации на дальние расстояния. Возникшая потребность в оптических усилителях и источниках лазерного излучения, работающих в области длин волн 1550 нм (окно прозрачности световодов на основе кварцевого стекла), для таких систем связи способствовала интенсивному поиску и исследованию новых активных сред. Результатом поиска стала реализация в 1985 г. первого оптического усилителя, работающего в области длин волн 1550 нм, активной средой которого был эрбиевый световод [2]. В настоящее время волоконные лазеры находят довольно широкое применение благодаря ряду преимуществ (хорошее качество лазерного излучения, компактность, надежность, малый размер и вес) перед другими видами лазеров. Рабочий спектральный диапазон ныне существующих волоконных лазеров на активных центрах (Yb3+, Er3+, Nd3+, Tm3+, Но3+) простирается от ~ 900 до 2300 нм. Неосвоенной оставалась область длин волн ~1200— 1500 нм из-за отсутствия активных сред в этой области (Рис. 1) [3], интерес к которой, прежде всего, связан с возможностью ее использования для передачи информации. Постоянный рост объемов передаваемой информации по волоконным линиям связи приведет в дальнейшем к их перегрузке из-за использования довольно узкой спектральной области (1520 — 1600 нм) для передачи информации. Тем самым возникает проблема о повышении

1 мм. Из исходной заготовки вытягивался многомодовый волоконный световод. При вытяжке световод покрывали полимерной оболочкой для защиты световода от механических повреждений. Для создания одномодового световода на сделанную заготовку обычно “нахлопывали” дополнительную кварцевую трубку для получения необходимого соотношения диаметров сердцевины и оболочки.
Метод поверхностного плазмохимического осаждения SPCVD (surface plasma chemical vapor deposition)
Метод SPCVD также применяется для синтеза заготовок волоконных световодов на основе кварцевого стекла [82, 83], в данном случае кварцевого стекла, легированного висмутом и алюминием. Для активации процессов окисления и осаждения в таком методе использовалась неизотермическая плазма низкого давления ~ 10-20 мбар, которая по существу являлась плазмой “тлеющего” СВЧ - разряда, образующаяся с помощью соединенного с магнетроном СВЧ резонатора, в роли которого выступала опорная трубка. Смесь паров SiCl4+02 вместе с парами галогенидов легирующих компонентов (GeCl4 и т.д.) прокачивалась через нагретую до 1150 - 1200 С в печи опорную трубку, диаметр которой составлял 18-26 мм. Именно в окрестности СВЧ разряда происходили плазмо-химические реакции, приводящие к образованию молекул SiO, которые диффундировали к стенкам трубки с последующим осаждением на них. Непосредственно на стенках трубки происходило доокисление SiO до Si02, тем самым формировалась зона осаждения кварцевого стекла. Изменяя местоположение образования СВЧ разряда, можно было перемещать зону осаждения без перемещения самой трубки, что обеспечивало возможность послойного осаждения стекла периодическим изменением СВЧ-мощности, подводимой к плазме от внешнего источника. Висмут также осаждался из газовой фазы. Процесс вытяжки световодов из полученных методом SPCVD заготовок осуществлялся аналогично вытяжке