CC BY
10НАСЫЩАЮЩИЕСЯ ПОГЛОТИТЕЛИ ДЛЯ ВИСМУТОВЫХ
ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ
1 * 1 Беловолов М.И. , Парамонов В.М.
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им.Е.М.Дианова,
г. Москва
E-mail: bmi@fo.gpi.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-247-248
Работа посвящена разработке технологии приготовления нанопорошка из кристаллического висмута и изготовления тонких композитных пленок с кристаллитами висмута. Исследованы спектры оптического пропускания и эффекты просветления при воздействии лазерным излучением с длинами волн, соответствующим длинам волн генерации волоконных лазеров с активными ионами эрбия Er3+ и/или висмута Представлены экспериментальные данные о перспективности изготовления внутрирезонаторных насыщающихся поглотителей для импульсных волоконных лазеров в диапазоне длин волн 1,5 - 1,7 мкм с регулируемыми параметрами.
Волоконные лазеры с пассивной или активной синхронизацией мод находят широкое применение в спектроскопии, нелинейном преобразовании частоты, при обработке материалов в промышленности и многих других приложениях. Для изготовления импульсных лазеров используются различные насыщающиеся поглотители (НП ) внутри резонаторов лазеров, которые существенно усложняют конструкцию лазеров. Особенно усложняются устройства запуска импульсных режимов генерации, когда требуется получать короткие или ультракороткие импульсы света. Ведется поиск новых материалов и конструкций насыщяющихся поглотителей, чтобы упростить технологию изготовления НП, снизить стоимость и повысить надежность работы лазеров с изменяемыми параметрами импульсной генерации. Волоконные световоды, легированные висмутом с концентрацией до 0,02м ат.% , являются перспективными средами для создания лазеров и усилителей для широкого оптического диапазона длин волн 1100 - 1800 нм в зависимости от состава матрицы кварцевого стекла [1].
Успешно продемонстрирована работа НП на основе графена, углеродных нанотрубок, топологических изоляторов, наночастиц золота и на основе халькогенидов переходных металлов (см. работу [2] и ссылки). Значительный интерес вызывают насыщающиеся поглотители на основе МАХ-фазовых материалов и композитных структур на основе карбидов переходных металлов благодаря подходящим оптическим и электрическим свойствам. В частности, в работе [ 2 ] продемонстрирована работа импульсного эрбиевого волоконного лазера с модулированной добротностью на длине волны генерации 1561,8 нм при использовании в качестве внутрирезонаторного насыщающегося поглотителя композитной пленки на основ нанопорошка Ti3SiC2 , смешанным с поливиниловым спиртом и осажденном на тонкой подложке.
Мы использовали аналогичную технологию получения и осаждения пленки рабочего материала нанокристаллов висмута в поливиниловом спирте. Концентрация нанопорошка висмута с размерами кристаллитов в диапазоне 20 - 500 нм выбиралась такой, чтобы в диапазоне длин волн 1100 - 1600 нм поглощение пленок составляло 5 - 10 дБ. На вид в белом свете пленки выглядели серыми, как нейтральные широкополосные фильтры с пропусканием 10 - 90 %. На рис.1 показан спектр пропускания пленки с нанопорошком Bi , демонстрирующий поглощение 9,5 дБ на длине волны 1550 нм. На рис.2 показан спектр поглощения этой же пленки при пропускании излучения мощностью 0,2 мВт на длине волны 1550 нм. Пленка поглотителя на нанопорошке Bi помещалась между торцами многомодовых оптических волокон с диаметром световедущей сердцевины 50 мкм в стандартном FC-соединителе волокон с плоскими торцами. Заметно падение поглощения до величины 8,4 дБ. В процентном отношении глубина просветления пропускания составила ~ 20%.
Полученный эффект просветления пленки из нанопорошка кристаллического висмута является первым полученным результатом на пути создания НП на рабочем материале висмута, который по спектру пропускания хорошо подходит для волоконных лазеров на основе эрбиевых и висмутовых волокон. Поскольку времена релаксации электронов проводимости в висмуте при комнатных температурах составляют величины ~ 10-13 сек, то можно надеяться, что это приведет к созданию достаточно быстродействующих пассивных насыщающихся поглотителей для импульсных эрбиевых и висмутовых лазеров.
Дальнейшие исследования образцов насыщающихся поглотителей на основе нанопорошков кристаллов чистого Bi должны включать в себя исследование зависимости пропускания от мощности оптического излучения на длине волны генерации волоконного лазера и испытание практической
работы импульсного лазера в одной из его схем реализации, например кольцевого лазера, как в работе [2].
Рис.1. Спектр поглощения образца композитной пленки из нанопорошка кристаллического Вг для насыщающегося поглотителя при слабых мощностях пропускаемого света (~ 10 нВт)
Рис.2. Спектр поглощения образца пленки, той же, что и на Рис.1, при мощности пропускания ~ 0,2мВт Литература
1. С.В.Фирстов и др. Прикладная фотоника, № 1, 6 - 19 (2014).
2. M.A.A.B.Sahib et al., Journal of Russian Laser Research, V.44, pages 296-302 (2023).
