Высокочистые материалы и волоконные световоды на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

вкво-2019 -- вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты

ВЫСОКОЧИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ НА ОСНОВЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА С МАЛЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ ПОТЕРЯМИ

Гурьянов А. Н.

Институт химии высокочистых веществ РАН, 603950, г.Н.Новгород, ул. Тропинина,49

е-таИ:£ииуапоу@йр$.ппоу.ги

Б01 10.24411/2308-6920-2019-16063

Разработка волоконных световодов с низкими оптическими потерями на основе кварцевого стекла стала возможной благодаря успехам в области химии высокочистых исходных материалов и разработке новых методов получения стекол и световодов на их основе. К началу исследований по получению волоконных световодов на основе высокочистого кварцевого стекла были разработаны методы глубокой очистки летучих соединений кремния и некоторых легирующих компонентов, которые широко использовались в микроэлектронике. Такие материалы производились у нас в стране в промышленных масштабах. Содержание примесей переходных металлов в выпускаемых продуктах находилось на уровне 10-7 мас. %. Однако в этих материалах не лимитировалось содержание примесей водородсодержащих веществ. Поэтому встала задача разработки методов глубокой очистки и анализа от этого класса примесей, содержание которых в исходных веществах не должно превышать 10-6 мол. %. К сожалению, в настоящее время в нашей стране производство некоторых исходных веществ отсутствует. В настоящем сообщении будет дан анализ состояния производства исходных высокочистых веществ в нашей стране. Для получения высокочистых стекол и световодов на их основе были разработаны новые методы, основанные на химическом осаждении из газовой фазы. Разработаны волоконные световоды для передачи информации, оптические потери в которых определяются только фундаментальными механизмами.

В настоящее время активно ведутся исследования по получению световодов для волоконных лазеров, которые обладают целым рядом преимуществ и позволяют их использовать наравне с традиционными твердотельными и газовыми лазерами, а в некоторых случаях заменить их. В качестве активных добавок используются редкоземельные элементы (Ег, УЬ, N6, Тт и др.). Первый волоконный лазер был создан Снитцером в 1961 году [1]. В качестве активного элемента лазера использовался стеклянный волоконный световод, содержащий ионы неодима. Однако в то время это направление не получило развития из-за отсутствия источников накачки. Кроме того волоконные световоды имели высокий уровень оптических потерь. Развитие технологии волоконных световодов на основе высокочистого кварцевого стекла с предельно низкими оптическими потерями и полупроводниковых источников накачки позволило вернуться к идее волоконных лазеров на качественно новом уровне. Начало бурного развития этого направления относится к 80-м годам прошлого столетия. К этому времени были разработаны волоконные световоды на основе высокочистого кварцевого стекла, легированного оксидом эрбия, которые нашли применение в системах связи в качестве волоконных усилителей сигнала в диапазоне длин волн 1,53-1,56 мкм [2].

Использование в качестве легирующих добавок соединений редкоземельных элементов потребовало разработки новых и модернизация существующих методов получения световодов для волоконных лазеров. Было показано, что свойства активных добавок сильно зависят от состава стекла сердцевины. Однако в области прозрачности кварцевого стекла у РЗЭ отсутствует люминесценция в области длин волн короче 900 нм и в диапазоне 1180-1500 нм. Поэтому возникла необходимость в поиске новых активных добавок. В последнее время интенсивно ведутся исследования по получению активных световодов с сердцевиной на основе высокочистого кварцевого стекла, легированного висмутом. В 2005 году впервые получена непрерывная лазерная генерация и реализован лазер на основе волоконного световода с сердцевиной из алюмосиликатного стекла, легированного висмутом, в диапазоне длин волн 1150-1300 нм [3]. Впоследствии было показано, что положение полосы висмутовых активных центров сильно зависит от состава стекла сердцевины. Это обстоятельство позволило разработать высокоэффективные лазеры с использованием световодов на основе высокочистого кварцевого стекла, легированного висмутом, генерирующие в диапазоне 1140-1500 и 1625-1775 нм.

Таким образом, разработанные технологии и подбор исходных материалов позволили создать световоды на основе высокочистого кварцевого стекла для высокоэффективных волоконных лазеров и усилителей, работающих в широком диапазоне длин волн (рис 1).

128 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты

Рис 1. Области генерации волоконных лазеров на основе световодов с сердцевиной из высокочистого кварцевого стекла в ближнем ИК диапазоне

Исследования световодов, легированных РЗЭ, проводилась при поддержке гранта РНФ 17-13-01343.

Исследования световодов, легированных висмутом, проводилась по Госзаданию ИХВВ РАН. Литература

1. Snitzer E, Proposed fiber cavities for optical lasers, J. Appl. Phys,1961, v.32, pp 36-39

2. S.B. Pool, D.N. Payne and M.E. Fermann, Fabrication of low-loss optical fibers containing rare-earth ions, Electr. Lett, 1985, V.27, pp.737-738

3. ЕМ. Дианов, и др., Непрерывный висмутовый волоконный лазер, Квантовая электроника, 2005, Т.35, № 12, с. 1-2

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

www.fotonexpres.rufotonexpres@mail.ru 129