Научная статья на тему 'Активированные редкими землями кальций-алюминатные лазерные стекла и оптические волокна на их основе'

Активированные редкими землями кальций-алюминатные лазерные стекла и оптические волокна на их основе Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
83
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Фотон-экспресс
ВАК
Область наук
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Вельмискин В. В., Галаган Б. И., Денкер Б. И., Колташев В. В., Сверчков С. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Активированные редкими землями кальций-алюминатные лазерные стекла и оптические волокна на их основе»

ВКВО-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» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

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.

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» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.