Tm3+/Ho3+ профилированный ко

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 13963 (2023) Цитировать эту статью

194 доступа

Подробности о метриках

Представлено оптическое волокно с двойной оболочкой с многокольцевым профилем сердцевины, легированное тулием и гольмием, изготовленное по модифицированной технологии химического осаждения хелатного легирования (MCVD-CDT). Измеренные массовые концентрации комплексов Tm2O3 и Ho2O3 составили 0,5% и 0,2% соответственно. Численный анализ показывает слабо определяющие условия и 42,2 мкм MFD LP01 при 2000 нм. Низкая числовая апертура числовой апертуры (NA = 0,054) была получена для конструкции оптического волокна с соотношением сердцевина/оболочка 20/250 мкм. Представлены спектры излучения в диапазоне 1,6–2,1 мкм в зависимости от длины волокна. Полная ширина на половине высоты (FWHM) уменьшается с 318 до 270 нм для длин волокон от 2 до 10 м. Представленная конструкция волокна представляет интерес для разработки новой конструкции оптических волокон, работающих в безопасном для глаз спектральном диапазоне.

В настоящее время наблюдается быстрый прогресс в области источников оптического излучения на основе волоконно-оптических структур. Наиболее известными из них являются волоконные лазеры и источники усиленного спонтанного излучения (ASE). Среди различных спектральных диапазонов оптического излучения безопасный для глаз диапазон (выше 1,4 мкм) особенно привлекателен для многочисленных применений в медицине, метеорологии, военном деле, производстве и системах обнаружения1,2,3,4,5,6,7. Лазеры, работающие в спектральном диапазоне 1,7–2,1 мкм, используются при точной обработке материалов (включая резку, сверление, гравировку и модификацию поверхности), в медицинских целях (хирургия), дистанционном зондировании (мониторинг атмосферы), LIDAR (аэрофотосъемка), Исследования и разработки (спектроскопия, нелинейная оптика и квантовая оптика)8,9,10,11,12,13,14,15,16. Широкополосные источники ASE, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), обычно используются для визуализации оптической когерентной томографии (ОКТ) и спектроскопии17. Генерация излучения в структуре оптического волокна возникает в результате эмиссии излучения ионами редкоземельных элементов. Для обсуждаемого спектрального диапазона это обычно ионы Tm3+ и Ho3+. Они позволяют получить широкий профиль излучения в диапазоне 1,7–2,1 мкм (7,21). Более того, можно изменить профиль излучения, используя такие явления, как соизлучение, перенос энергии и кроссрелаксация18. Иногда применяется также легирование ионами Yb3+, которое действует как сенсибилизатор, позволяя использовать популярные лазерные диоды в диапазоне 980 нм для возбуждения гольмия. Переходы Tm3+:3F4 → 3H6 (около 1,8 мкм) и Ho3+:5I7 → 5I8 (около 2,0 мкм) ответственны за излучение в исследуемой области спектра. Обычно в солегированной системе Tm3+-Ho3+ ионы Ho3+ возбуждаются за счет переноса энергии от сенсибилизаторов Tm3+ (исключительно 800 нм) или Yb3+ (исключительно 980 нм)19,20,21,22 . Интересным аспектом исследования являются оптические волокна с боковой эмиссией и те, в которых излучение генерируется с помощью явлений ап-конверсии. Это позволяет излучать более короткий спектр волн, чем возбуждающее излучение, используя механизм многофотонного поглощения23,24. Обычно используемой технологией изготовления активных (легированных ионами лантаноидов) оптических волокон является модифицированное химическое осаждение из газовой фазы (MCVD) с методом легирования раствором (SDT) и технология хелатного легирования (CDT) 28. Фактически, некоторые проблемы и ограничения SDT (легирующих примесей) стабильность распределения, малый диаметр сердцевины и многостадийность процесса изготовления преформ) обуславливают интенсивно развиваемую в настоящее время технологию CDT для производства активных волокон. MCVD-CDT позволяет производить преформы с большим диаметром сердцевины с лучшим контролем параметров процесса и высокой повторяемостью25,26,27,28. Разработка новых одномодовых и мощных широкополосных источников по-прежнему очень привлекательна для промышленности и научных исследований. Среди конструкций оптических волокон наибольшее внимание, несомненно, привлекают одномодовые волокна с широкой модовой площадью (Large Mode Area волокон)29,30,31. Их свойства распространения (более низкий уровень оптической плотности мощности, снижение эффекта фотозатемнения, четко выраженная форма луча с широким модовым полем). Ключевым параметром является ширина поля моды в таких волокнах (Mode Field Diameter, MFD), которая, в отличие от классических конструкций волокон, существенно больше и приводит к тому, что эффективная площадь моды может быть даже в 100 раз больше (до 1000 мкм2). ) для волокон LMA32,33,34,35. Коммерческие волокна LMA имеют ширину поля моды 22,4 мкм (LMA-TDF-25P/250-HE, Nufern) или 21,5 мкм (LMA-YDF-30/250-HI-M+, Coherent). Результаты научных исследований также указывают на возможность получения широкого модового поля (MFD = 35 мкм) для LMA-волокна с малой числовой апертурой NA = 0,028139. Поэтому важным исследовательским аспектом является разработка новых активных оптических волокон LMA с возможно более широким модальным полем. Такой профиль можно получить путем многокольцевой конструкции преломляющего профиля. Более того, такой тип пространственного распределения легирующей примеси позволяет оптимизировать профиль люминесценции за счет явлений соизлучения и переноса энергии редкоземельных элементов36,37,38,39,40,41,42,43. В описанном случае для этой цели использовались чередующиеся слои многокольца Tm3+/Tm3+Ho3+. Целью было получить волокно с широким модовым полем и плоским профилем широкополосного излучения, полученного в результате генерации излучения (Tm3+/Tm3+Ho3+) в структуре разрабатываемого волокна. Низкая числовая апертура (низкое ∆n) в многослойной конструкции сердцевины волокна обеспечивает слабое направление основной моды в большой сердцевине (LMA). Композиция слоев Tm3+ и Tm3+Ho3+ была использована для получения широкополосного и плавного плоского профиля спектра в изготовленном волокне.