Спектрально-люминесцентные свойства эрбиевых фототерморефрактивных стекол для интегрально-оптических усилителей и лазеров

• Автор: Чухарев, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР
1.1. Оптические спектры активаторных редкоземельных центров. Общие представления о спектрах материалов, активированных иттербием/эрбием
1.2. Вероятности оптических переходов внутри (4/)д конфигурации редкоземельных ионов
1.2.1. Общие представления о природе оптических переходов
1.2.2. Теория Джадда-Офельта
1.2.3. Интенсивности полос в спектрах РЗЭ кристаллов, растворов и стекол. Сверхчувствительные переходы
1.3. Кооперативные оптические явления
1.3.1. Миграция энергии возбуждения. Сенсибилизация люминесценции
1.3.2. Ап-конверсионные процессы
1.3.3. Определение коэффициентов ап-конверсии в эрбиевых стеклах
1.4. Фототерморефрактивные стекла
1.5. Постановка задачи исследования
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Исследование фототерм орефрактивного эффекта. Синтез образцов
2.2 Исследование спектрально-люминесцентных свойств ФТР стекол, активированных Ег3+ и УЪ3+/Ег3+
2.2.1. Методика определения спектров поглощения
2.2.2. Методика определения спектров люминесценции
2.2.3. Методика определения времени затухания люминесценции
3. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ФОТОТЕРМОРЕФРАКТИВНОГО СТЕКЛА НА ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
3.1. Введение
3.2. Обсуждение результатов по определению влияния состава матрицы стекла на величину фототерморефрактивного эффекта
3.3. Эрбиевые фототерморефрактивные свойства
3.4. Выводы
4. СПЕКТРАЛЬНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ЭРБИЕВЫХ ФТР СТЕКОЛ
4.1. Сечения поглощения
4.2. Определение сечения вынужденного излучения
4.2.1. Методика Фюхтбауэра-Ладенбурга
4.2.2. Методика МакКамбера
4.3. Спектры усиления
4.4. Параметры Джадда-Офельта
4.5. Определение времени затухания люминесценции
4.6. Выводы
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ АП-КОНВЕРСИИ
5.1. Введение
5.2. Стационарная методика определения абсолютных значений коэффициентов ап-конверсии
5.2.1. Схема экспериментальной установки
5.2.2. Определение скорости ап-конверсионных переходов
5.2.3. Определение населенности метастабильного уровня
5.2.4. Определение инверсии населенности
5.3. Обсуждения результатов по определению абсолютных значений коэффициентов ап-конверсии
5.4. Выводы
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Мир вступил в новое третье тысячелетие - в информационную эру. За 90 лет развития техники связи информационная емкость (скорость передачи информации) линий связи возросла на пять порядков, начиная от первых телефонных линий связи, которые имели скорость передачи информации порядка 1 бит/с. Примерно на те же пять порядков возросла скорость передачи информации систем связи за последние 20 лет, достигнув значений ~ 1012 бит/с. Масштабы развития волоконно-оптической связи действительно поразительны. Мировое производство волоконных световодов составляет в настоящее время 60 млн км/год, а каждую минуту в мире в системах связи прокладывается более 100 км волоконных линий [101].
Важным элементом волоконно-оптической системы связи является оптический усилитель, который производит непосредственное усиление оптического сигнала, без преобразования в электрический. Именно разработка в конце 90-х гг. широкополосных оптических устройств на базе эрбиевых волоконных усилителей со спектральным уплотнением каналов, работающих в
окне прозрачности на 1,54 мкм, дала возможность достижения суммарной

скорости передачи информации более 10 " бит/с [102].
Одной из основных тенденцией развития современной оптоэлектроники в настоящее время является миниатюризация элементной базы волоконно-оптических систем связи. В частности, это проявляется в разработке полифункциональных материалов. Оптические элементы, изготовленные из таких материалов, объединяют в себе несколько функций, таких как, например, активные (генерация, усиление, удвоение частоты и т.д.) и пассивные свойства материала (возможность записи голографических брэгговских решеток, фильтров, зеркал и т.д.). Эта тенденция проявляется также в переходе от волоконных оптических усилителей, которые обычно имеют длину нескольких метров, к планарным оптическим усилителям, размеры которых ограничиваются несколькими сантиметрами. Но для сохранения требуемых

^ = -[а + /3]п + уЕ . (1.20)
Здесь п - число возбужденных центров в 1см3; а и [5 - вероятности излучательных и безызлучательных переходов (т0 = Иа +/?]); уЕ - количество возбуждающих квантов, поглощаемых за 1 сек. в 1 см3. Соотношение (1.20) выражает линейный относительно и характер как процесса свечения (-сот), так и процесса тушения (~/Зп). Квантовый выход люминесценции ?]0 (т]0 = ог/[а +/3) и время затухания свечения т0 не зависят от интенсивности возбуждения Е.
Основные характеристики обнаруженного при повышенных значения Е нелинейного тушения заключаются в следующем: при повышении
интенсивности возбуждающего света выход свечения падает (рис. 1.10), кривая затухания становится неэкспоненциальной и мгновенное время релаксации в начальный момент затухания уменьшается с ростом интенсивности возбуждающего света. После прекращения возбуждения по мере развития процесса затухания мгновенное время релаксации растет до значения т0, наблюдаемого при слабом возбуждении, когда нелинейное тушение отсутствует (рис. 1.11). При этом затухание становится экспоненциальным. Описанный ход кривых затухания показывает, что эффект проявляется и после выключения возбуждающего света, т.е. связан не с непосредственным действием возбуждающего света на центры свечения, а с большей концентрацией возбужденных центров, как следствием какого-то взаимодействия между ними. Существенно нелинейный характер явления означает, что кинетическое уравнение, способное описать его, должно [в отличие от (1.20)] содержать члены, нелинейные относительно п.
При составлении кинетического уравнения, описывающего нелинейное тушение, авторы работ [40-43] исходили из нижеследующих положений.
(1) Возбужденное состояние мигрирует по центрам свечения. Число актов
миграции за время возбужденного состояния достаточно велико.