CC BY
30ВКВО-2019- Стендовые
АКТИВИРОВАННЫЕ РЕДКИМИ ЗЕМЛЯМИ КАЛЬЦИЙ-АЛЮМИНАТНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СТЕКЛА И ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА НА ИХ ОСНОВЕ
Вельмискин В.В.2, Галаган Б.И.1, Денкер Б.И.1, Колташев В.В.2, Сверчков С.Е.1
1 Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, г. Москва 2 Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва * E-mail: galagan@ran. gpi.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16197
Многокомпонентные кальций-алюминатные стекла могут быть относительно устойчивы к кристаллизации и допускают синтез в объёмах до нескольких килограмм. Они привлекательны высокой прозрачностью в ИК области до 5-6 мкм в совокупности с прекрасными механическими свойствами и теплопроводностью, превосходящими характеристики плавленого кварца. Кроме того данные стекла допускают введение в состав до 3-5 мол.% оксидов редких земель. Однако спектроскопические свойства активированных стекол являются малоизученными.
Для исследований был выбран следующий базовый состав 46CaO, 5CaF2, 36AhO3, 6MgO, 6 SrO, 1Ln2O3, где Ln обозначает ту или иную комбинацию редкоземельных элементов La, Tm, Ho, Er, Yb, Dy. Учитывая, что применение активных сред в ИК области требуют высокой степени их обезвоженности, была разработана специальная методика синтеза стекол в объёме около 30 грамм, которая обеспечивала коэффициент поглощения гидроксильной группы вблизи 3 мкм не более 0.01 см-1.
Люминесцентные исследования образцов активированных стекол показали, что из-за сильного кристаллического поля вблизи редкоземельного иона и соответственно заметного штарковского расщепления соответствующих электронных уровней, наблюдается значительный стоксов сдвиг в спектрах люминесценции. Это, в частности, позволило реализовать на активированном тулием стекле каскадную лазерную генерацию на длинах волн 2.3 и 2.1 мкм, которые недоступны одновременно для других типов стекол. Примеры характеристик лазеров на объёмных элементах приведены на Рис.1.
А
Б
Рис.1. Осциллограмма импульса накачки и генерации на двух длинах волн (А )при накачке рубиновым лазером и зависимость выходной мощности генерации на 2.1 мкм при диодной накачке
Сложность работы с кальций-алюминатными стеклами по сравнению, например, с силикатными связана с очень крутой зависимостью вязкости от температуры и склонностью стекол к расстекловыванию (кристаллизации). В тоже время благодаря химической совместимости состава с плавленым кварцем есть возможность получения оптических волокон с сердцевиной близкой по составу к кальций-алюминатному стеклу без каких-либо нежелательных проявлений типа ликвации или кристаллизации. При этом может быть обеспечена относительно высокая концентрации редкоземельных элементов в сердцевине волокна. Методом "штапик в трубке" был изготовлен композитный волоконный световод с сердцевиной кальций-алюминатного стекла, актированного диспрозием, и кварцевой оболочкой. Диспрозий имеет широкую полосу люминесценции около 575 нм и большое время жизни верхнего лазерного уровня ^9/2 (измеренные значения приведены на Рис.2).
376
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
ВКВ0-2019 Стендовые
В качестве источника накачки для диспрозиевых лазеров подходят ставшие коммерчески доступными и относительно дешевыми синие диодные лазеры на основе нитрида галлия. Длина волны генерации таких лазеров находится вблизи 450 нм и хорошо согласуется с полосой поглощения иона диспрозия.
=г
I
0) =г
0 О)
1
2 2
-Q
Ь
0
1 00
О X <1) н
X
на его основе
Разбавление оксидом кремния при изготовлении волокна с алюминатной сердцевиной для спектрально-люминесцентных свойств диспрозия, в отличие от иона тулия, не является принципиальным.
Настоящая работа поддерживалась в части создания и исследования активированных РЗИ волокон грантом РФФИ № 18-29-20079, а в части изучения генерационных свойств кальций -алюминатных стекол грантом РФФИ № 17-02-00369.
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected] 377
■ч \ \
// _750 цэ ( волокно)
(600 jis
550 560 570 580 590 600 610
Длина волны, нм
Рис.2.Спектры люминесценции образца стекла с диспрозием и композитного волокна
