Низкотемпературные оптические свойства волоконных световодов, легированных теллуром Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-2019- Стендовые

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ

ТЕЛЛУРОМ

Алышев С.В.1, Харахордин А.В.1, Фирстов С.В.1'3*, Хопин В.Ф.2, Фирстова Е.Г.1,

Мелькумов М.А.1, Гурьянов А.Н.2

1 Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва 2 Институт химии высокочистых веществ РАН, г. Нижний Новгород 3МГУ им. Н. П. Огарева, г. Саранск

E-mail: fir@fo.gpi.ru

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16191

Разработка и исследование свойств световодов, легированных новыми активными элементами, является актуальной задачей, имеющей научную и практическую значимость. К элементам такого типа можно отнести p-элементы (Te, Pb, Bi), введение которых в стеклянную матрицу позволяет получить полосы широкополосной люминесценции в ближнем ИК диапазоне. Наибольший прогресс был достигнут в области изготовления и исследования висмутовых волоконных световодов, которые теперь можно использовать для получения эффективной лазерной генерации в спектральном диапазоне от 1140 до 1775 нм [1, 2]. Однако следует отметить, что на основе световода, легированного теллуром, также удалось получить лазерную генерацию в области 1550 нм при накачке на длине волны 1085 нм и Т=77 К [3]. Эффективность теллурового волоконного лазера была крайне низкой (<1%). Причины этого остаются неизученными.

В данной работе будут приведены результаты исследования оптических свойств Te-легированного световода при низких температурах, нацеленного на выявление процессов, приводящих к диссипации энергии возбуждающего излучения и, как следствие, снижению эффективности лазеров.

В качестве объекта исследования был выбран аналог волоконного световода, изготовленного по MCVD-технологии, который использовался для получения лазерной генерации в работе [3]. Сердцевина исследуемого световода имела следующий химический состав Te:94SiO2-6GeO2. Теллур вводился методом пропитки, остекловывание пористого слоя осуществлялось в атмосфере кислорода. Концентрация Те была ниже 0.02 ат.%.

На Рис. 1 показаны спектры поглощения исследуемого световода при 300 и 77 К. Основное заметное различие полученных спектров заключается в появлении (при температуре 77 К) полосы поглощения в области 700 нм. В остальных областях заметных изменений не наблюдается. В целом, типичный спектр поглощения такого световода состоит из широких взаимно перекрывающихся полос в области 1000, 800, 600 и 400 нм. Узкий

Рис. 1. Спектры поглощения Те-легированного световода при Т=77 и 300 К. Типичный спектр люминесценции световода при возбуждении на длине волны 1058 нм при комнатной температуре (вставка)[3]

пик в области 1100 нм связан с длиной волны отсечки второй моды. При возбуждении в полосу 1000 нм наблюдается интенсивная ИК люминесценция в области 1500 нм при комнатной температуре (Рис. 1, вставка). Помимо ИК люминесценции возбуждение в указанном диапазоне приводит к возникновению коротковолновой полосы люминесценции с максимумом около 740 нм (Рис. 2, а). Следует отметить, что данная люминесценция наблюдается исключительно при Т=77 К. Использование ступенчатого возбуждения излучением на двух длинах волн позволило определить спектральную зависимость интенсивности люминесценции на 740 нм от длины волны поглощения активными центрами, находящимися в возбужденном состоянии. Полученные экспериментальные

366

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

ВКВ0-2019 Стендовые

результаты показаны символами на Рис. 2, б. Видно, что данная полоса люминесценции появляется при поглощении квантов с длинами волн 1060 нм и 1100-1300 нм.

Рис. 2. а) Спектр антистоксовой люминесценции Те-легированного световода при Т=77 К; б) Зависимость интенсивности антистоксовой люминесценции исследуемого световода от. Хехе2 При одновременном возбуждении излучением на двух длинах волн (1060 нм + Хехе2)

О)

о

0,4 0,0 -0,4-1 -0,8 -1.2Н -1,6 -2,0-1 -2,4 -2,8

k-0.5 л =1500 нм

em

300 К

k-1

77 К/ / X =740 нм em

k~2 /

-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4

pump'

Рис. 3. Зависимости интенсивности стоксовой и антистоксовой люминесценции Те-легированного световода при Т=77 и 300 К от мощности накачки на длине волны 1058 нм (двойной логарифмический масштаб). Около

каждой кривой приведен угловой коэффициент линейной аппроксимации экспериментальных данных (для начального

участка)

На Рис. 3 в двойном логарифмическом масштабе приведены зависимости интенсивности стоксовой и

антистоксовой люминесценции Те-легированного световода при Т=77 и 300 К от мощности накачки на длине волны 1058 нм. Зависимость антистоксовой люминесценция от мощности накачки имеет нелинейный характер. Изменение углового коэффициента для стоксовой люминесценции, который снижается с 1 при Т=300 К до 0.5 при Т=77 К обусловлено наличием интенсивных процессов поглощения квантов излучения накачки активными центрами, находящимися в

возбужденном состоянии, и как следствие появлением антистоксовой люминесценции. Кроме того, следует отметить, что в отличие от стоксовой люминесценции, для которой наклонный коэффициент уменьшается с ростом мощности накачки, поведение антистоксовой люминесценции

описывается квадратичной функцией во всем диапазоне исследуемых мощностей. Это, по-видимому, указывает на тот факт, что поглощение из возбужденного состояния происходит не с метастабильного, а вышерасположенного энергетического уровня. Полученные результаты позволяют построить схему энергетических уровней теллуровых центров, которая будет представлена непосредственно на предстоящей Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО 2019).

Данная работа была выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (№18-32-00148).

Литература

1. Bufetov I. A., et al, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 20, 0903815 (2014)

2. Firstov S. V., et al, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 0902415 (2018)

3. Alyshev S. V., et al, Quantum. Electron. 44, 95 (2014)

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»

www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 367