Прямая лазерная запись спиральной волноведущей брэгговской решётки в иттербий-эрбиевом фосфатном стекле Текст научной статьи по специальности «Физика»

Ш ▲ SIEEEiE* лазерная физика и волоконная оптика

Прямая лазерная запись спиральной волноведущей брэгговской решётки в иттербий-эрбиевом фосфатном стекле

Лихов В.В.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, Москва

Е-mail: vladislav-likhov@fo.gpi.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-32-34

В последние годы все большее внимание привлекают вихревые пучки с орбитальным угловым моментом (ОУМ). Волновой фронт таких пучков имеет спиральную форму, а интенсивность в центре пучка равна нулю. Благодаря фазовым характеристикам ОУМ-пучков, они находят применения в области оптической связи и манипулирования частицами.

Возможность генерации волноводных вихревых мод с помощью спиральных структур, записанных пучком фемтосекундного лазера, впервые была показана в кристалле YAG:Nd [1]. Подобный подход обеспечивает возможность получения оптических вихрей непосредственно в волоконных световодах без использования объёмной оптики. Кроме того, это открывает перспективу создания вихревого лазера с использованием брэгговских спиральных структур в качестве зеркал резонатора. Легирование стеклянной матрицы ионом эрбия позволит получить длину волны генерации, совместимую с телекоммуникационным C-диапазоном (~1,55 мкм).

Эксперименты производили в образце иттербий-эрбиевого фосфатного стекла марки ЛГС-ДЕ, синтезированного в ИРЭ РАН, с концентрацией ионов эрбия 8,5*1019 см-3 [2].

Перед записью волновода в том же образце были записаны прямые треки, и измерено изменение показателя преломления. Для записи как треков, так и волновода был использован лазер с длиной волны 1030 нм и длительностью импульса 180 фс. Пучок фокусировали в объёме образца объективом с числовой апертурой 0,45 с расположенной перед объективом спектроскопической щелью с просветом 400 мкм, обуславливающей равномерность спирального трека по азимутальному углу [3].

ШКОЛА-КОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

22-24 октября 2024 г.

Минимальная энергия импульса, при которой происходит модификация стекла составила 130 нДж в случае без щели (с сигарообразной перетяжкой) и около 1,4 мкДж в случае со щелью (чечевицеобразная перетяжка). Это можно объяснить тем, что во втором случае энергия импульса распределяется по большему объёму, что существенно для высоконелинейного процесса прямой лазерной записи.

Контраст показателя преломления в фосфатном стекле зависит от энергии импульса и составляет +2,5 *10-5 при энергии импульса 1,9 мкДж и примерно -9,0* 10-4 при энергии 3,8 мкДж. Эффект инверсии показателя преломления ранее был описан в литературе для боросиликатного стекла ВК7 [4].

При записи волновода энергия импульса была равна 2 мкДж, частота следования импульсов 60 Гц, а скорость записи — один виток в секунду, что соответствует перекрытию импульсов приблизительно 5 импульсов на точку. Запись производилась на глубине 200 мкм. Длина волноводов составляла 4,8 мм, средний диаметр 40 мкм, а шаг спирали составил 1,6 мкм. Вид волновода с торца приведён на рис. 1а.

р

Рис. 1. а — микроснимок волновода с торца, б — мода волновода на длине волны 1550 нм.

Масштабная линия 40 мкм.

Для характеризации волноводов использовали

полупроводниковый одночастотный лазер с перестраиваемой длиной волны (диапазон 1480-1620 нм). Изображение моды волновода приведено на рис. 1б. Диаметр моды равен 35 мкм.

Спектр пропускания волновода, нормированный на пропускание образца (учтены полосы поглощения эрбия и

ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

, «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ-

ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

френелевское отражение), приведён на рис. 2. Резонансный провал расположен на длине волны 1617 нм и имеет глубину порядка -20 дБ.

Спиральная волноведущая брэгговская решётка, записанная в иттербий-эрбиевом фосфатном стекле, в перспективе может быть стать основой для компактного вихревого лазера. В докладе будут представлены результаты исследования отражённого волноводом пучка.

1500 1525 1550 1575 1600 1625 Длина волны (нм)

Рис. 2. Зависимость пропускания волновода от длины волны.

Автор выражает благодарность научному руководителю Охримчуку А.Г. за плодотворные консультации и помощь в подготовке публикации, а также Садовскому П.И. за подготовку образцов фосфатного стекла.

1. Okhrimchuk A.G. et al., Journal of Lightwave Technology. 2021, 40(8), 2481-2488.

2. Бышевская-Конопко Л.О. и др. Квантовая электроника. 2004, 34(9), 809-811.

3. Likhov V. et al., Optics Letters. 2024, 49(5), 1217-1220.

4. Mishchik K. et al., Optical Materials Express. 2013, 3(1), 67-85.