CC BY
19DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-96-97
ГЕНЕРАЦИЯ СУПЕРКОНТИНУУМА
В СВЕТОВОДАХ ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА
*
Бутвина Л.Н., Прямиков А.Д. , Жильцова А.А., Бутвина А.Л., Охримчук А.Г.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,
г. Москва E-mail: [email protected]
Как известно, генерацию суперконтинуума в волоконных световодах с высокой нелинейностью определяют такие эффекты как фазовая самомодуляция, фазовая кросс модуляция, четырехволновое смешение, стимулированное рамановское рассеяние, а также дисперсионные свойства световода. Все эти нелинейные процессы при достаточно высокой интенсивности импульсов накачки дают генерацию новых частот в спектре импульса и приводят к его значительному спектральному уширению при прохождении светового импульса в световоде. В данной работе мы рассматриваем генерацию суперконтинуума в среднем инфракрасном диапазоне спектра (среднем ИК) в маломодовых световодах из поликристаллических галогенидов серебра со ступенчатым профилем показателя преломления, изготовленных методом экструзии.
Показатель преломления сердцевины таких световодов n > 1,9, а коэффициент нелинейности n2, например, для кристалла AgCl, превосходит значение для аналогичной величины кварцевого стекла приблизительно в 26 раза. Нулевые значения дисперсии групповых скоростей ß2 для таких материалов лежит в спектральном интервале вблизи длины волны 5 мкм, что приводит к тому, что основные доступные длины волн накачки лежат в нормальной области дисперсии. В данный момент технология экструзии позволяет производить такие световоды со ступенчатым профилем показателя преломления и высокой нелинейностью с минимальным значением диаметра сердцевины порядка 20 мкм. Это говорит о том, что, к примеру, параметр нелинейности при значении длины волны накачки 2.8 мкм будет иметь значение порядка у ~ 4.8 км-1 *Вт-1. При длине же волны накачки 3.39 мкм эта величина составит у ~ 4 км-1 *Вт-1. На длине волны 5 мкм вблизи нуля дисперсии групповых скоростей для галогенидов серебра параметр нелинейности приблизительно равен у ~ 2.7 км-1 *Вт-1. Как видно, значения параметра нелинейности не очень высоки и могут быть использованы для уширения спектра импульса за счет эффекта фазовой самомодуляции в первых двух случаях. Вблизи нуля дисперсии групповых скоростей возможет процесс четырех волнового смешения при накачке, например, параметрическим лазером. Также, при численном моделировании процесса суперконтинуума, будет исследовано и продемонстрировано влияние стимулированного рамановского рассеяния на величину уширения спектра импульса в нормальной области дисперсии.
Из вышеизложенного ясно, что основные проблемы, возникающие при генерации суперконтинуума в световодах из галогенидов серебра, связаны со сложностью (по технологическим причинам) создать на данный момент световоды с диаметром сердцевины < 20 мкм с приемлемым уровнем оптических потерь, со ступенчатым профилем показателя преломления сердцевины, не позволяющим варьировать нуль дисперсии групповых скоростей в достаточно широких спектральных диапазонах.
Как было указано выше, поликристаллические световоды из галогенидов серебра изготавливаются методом экструзии. Вкратце этот метод можно охарактеризовать как выдавливание в условиях пластичности составной кристаллической заготовки из специальной камеры высокого давления через полированную фильеру. Было исследованы режимы экструзии для изготовления одномодовых световодов из галогенидов серебра следующих составов: а) AgCl0.25AgBra75-сердцевина, AgCl^AgBr^-оболочка (Рис.1); б) AgCl-сердцевина, AgQNaQ^^-оболочка. Диаметр сердцевин рассчитывался для условий отсечки второй моды на 3 мкм, 5 мкм и 10 мкм. Для первой композиции с большой разностью в показателях преломления 0.05 расчетный диаметр сердцевины для отсечки на 10 мкм составляет 18,5 мкм. Для достижения такого диаметра мы экструдировали из камеры диаметром 12 мм составную заготовку со вставленным безоболочечным световодом в середине диаметром 500 мкм через фильеру 500 мкм. Полученный световод имел сердцевину диаметром 20 мкм (Рис.1а). Для второй композиции разность показателей преломления составляет 0,01. Расчетный диаметр сердцевины такого световода с отсечкой на 5 мкм должен составлять 17,8 мкм. Световод изготавливался аналогично. Основной проблемой при создании таких световодов для генерации суперконтинуума является возрастание оптических потерь при уменьшение диаметра
96 №6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
сердцевины, что особенно выражено для коротких длин волн. Проблемы носят как технологический характер, так и связаны с фундаментальными свойствами кристаллических галогенидов серебра.
Модовый состав световодов исследовался на длине волны 3,39 мкм при заведении в световод излучения маломодового гелий-неонового лазера, на длине волны 10,6 мкм одномодовым СО 2. лазером. Оболочечные моды подавлялись с помощью поглощения специальным покрытием. Изображение выходного торца световода с помощью германиевого объектива строилось на пироэлектрической камере PV320 (Electrophysics). На Рис. 2 показаны результаты измерения профиля распределения интенсивности света, выходящего из световода, показанного на Рис.1(б), которые свидетельствуют о преимущественном возбуждении основной моды.
(а) (б)
Рис.1. Микрофотографии волоконных световодов с сердцевиной из AgClo.25AgBro.-K и оболочкой
из AgClo.sAgBro.5
б)
Рис.2. Профили распределения интенсивности излучения на 3,39 мкм(а) и 10.6 мкм(б) на выходе из световодов с сердцевиной из AgCl(2S%)/AgBr(7S%)
Измерение оптических потерь осуществляется на длинах волн 3,39 мкм методом измерения мощностей на входе и выходе световода. Для световодов с сердцевиной AgCl(25%)/AgBr(75%) (Рис.1(б), Рис.2а) потери на 3,39 мкм составили 1,5 дБ/см, в то время как минимально измеренные потери на 10,6 мкм в одномодовом световоде такого же состава с профилем на Рис.2б составили 0,6 дБ/м.
Таким образом, принимая во внимание пологость кривой материальной дисперсии галогенидов серебра в среднем ИК диапазоне спектра, рассмотренные световоды могут оказаться весьма перспективными для генерации суперконтинуума в этой области спектра при дальнейшем улучшении технологии их изготовления.
Работа выполнена по проекту РНФ №19-12-00134.
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
97
