Абсорбционные и люминесцентные свойства висмутовых центров в алюмо- и фосфоросиликатных волоконных световодах, страница 4

4 Спектры люминесценции световода до и после облучения, а такжепосле насыщения водородом и последующего облучения на длине волны 532нм. Возбуждение люминесценции осуществлялось на длине волны 514 нм.В шестой главе исследуются оптические свойства фосфоросиликатныхсветоводов, легированных висмутом.В первой части главы представлены характеристики и параметрыисследуемых световодов, представлены профили показателя преломления ипрофили концентрации фосфора в световоде.В спектрах поглощения наблюдается постоянный набор широких полоспоглощения со спектральным положением в области ~430, 570, 750, 930 и1100-1500 нм (рис. 5).

В спектре люминесценции присутствуют две широкиеполосы с максимумами в области 750-820 и 1150-1420 нм в зависимости отдлины волны возбуждения. Данные полосы поглощения и люминесценциипринадлежат активным висмутовым центрам.20Коэффициент поглощения, дБ/м94.5мол.%SiO2-5.5мол.%P2O510010Концентрация Bi:U43U42U41U44U3910,10,01Отсечки4006008001000Длина волны, нмOH-группы120014001600Рис. 5 Спектры оптических потерь для фосфоросиликатных световодов,легированных висмутом, в зависимости от концентрации висмута.Замена алюминия на фосфор в силикатном стекле позволяет сдвинутьполосу ИК люминесценции до 1250-1300 нм и расширить спектральныйдиапазон,покрываемыйИКлюминесценцией,чтоделаетфосфоросиликатные световоды перспективными для применения в качествеактивной среды для сверхширокополосных источников (рис.

6).Анализ спектров люминесценции в фосфоросиликатных световодах,активированных висмутом, в зависимости от длины волны излучениявозбуждения экспериментально показал четырехкомпонентную структуруполос «красной» и ИК люминесценции, что позволяет выделить четыре видаактивных висмутовых центров, каждый из которых обладает излучательнымипереходами с двух возбужденный состояний.

Данные центры являютсямодификациями одного висмутового центра в фосфоросиликатном стекле.Различие между центрами связаны с влиянием разных типов окруженийв сетке стекла. По-видимому, оптические свойства первых двух центровобусловлены влиянием ионов фосфора в разной конфигурации, а свойствадвух других центров могут определяться структурой сетки кварцевого21стекла, образованной кольцами кремнекислородных тетраэдров с разнымИнтенсивность люминесценции, отн.

ед.количеством звеньев.1,01140 1190 1250 1270 1290λвозб=1090нмв мол.%:U13 95.5SiO2-4.5Al2O3U33 92.25SiO2-5.5P2O5-2.25Al2O3U42 94.5SiO2-5.5P2O5U1 95.2SiO2-4.8P2O50,8U31 97.5SiO2-2.5P2O50,60,40,20,01000110012001300Длина волны, нм140015001600Рис. 6 Спектры люминесценции для фосфоросиликатных световодов,легированных висмутом, в зависимости от состава стекла сердцевины.Возбуждение люминесценции осуществлялось на длине волны 1090 нм.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ1. Экспериментально исследованы абсорбционные и люминесцентныесвойства висмутовых центров в алюмо- и фосфоросиликатных световодах взависимости от методов изготовления, способов легирования висмутом,технологическихусловийизготовленияипараметровсветоводов,концентраций висмута и алюминия, а также других легирующих добавок,изменения температуры и термообработки, мощности и длины волнывозбуждения.2.

Показано, что максимальная интенсивность полос поглощенияактивных висмутовых центров по отношению к уровню пассивных потерьдостигается в алюмосиликатных световодах с сердцевиной, не содержащейгерманий и фосфор, легированной оксидом алюминия в концентрации 2.5-4.5мол.%иконцентрациейактивныхвисмутовыхцентров,котораясоответствует уровню около 5 дБ/м в максимуме полосы поглощения на 100022нм.

Использование в методе пропитки пористого слоя стекла, полученногопри температуре спекания 1510-1530оС, повышает воспроизводимостьоптических свойств световодов, легированных висмутом.3. Показано, что при концентрациях висмута менее 0.02 ат.% долярассеяния не превышает нескольких процентов от величины полных потерь.Поэтому потери в видимой и ИК областях спектра преимущественнообусловлены поглощением.

При этом уровень остаточных потерь в световодепри высокой интенсивности излучения составляет порядка 30% от уровняпоглощения малого сигнала и не может быть описан только пассивнымипотерями. В алюмосиликатных световодах, легированных висмутом, уровеньпассивных потерь снижен до 10-13 дБ/км на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм.4.

Экспериментально показана многокомпонентная структура полос вспектрах поглощения и люминесценции. Аппроксимацией измеренныхспектров гауссовыми функциями получены параметры абсорбционных илюминесцентных переходов. На основе согласованного анализа полученныхрезультатов выделено четыре вида активных висмутовых центров иопределеннаборабсорбционныхилюминесцентныхпереходов,принадлежащих каждому виду активных висмутовых центров.

Предложенамодель четырех модификаций активного висмутового центра, свойствакоторых обусловлены влиянием разных типов окружения в сетке стекла.Оптические свойства первых двух центров обусловлены влиянием ионовалюминия с различной координацией, а свойства двух других центров могутопределяться структурой сетки кварцевого стекла, образованной кольцамикремнекислородных тетраэдров с разным количеством звеньев.5. Впервыепоказанавозможностьселективноговоздействиянаактивные висмутовые центры с помощью ультрафиолетового и видимогоизлучений. Облучение на длине волны 514 и 532 нм приводит к увеличениюинтенсивности люминесценции в полосах 742 и 1078 нм, принадлежащиходному из активных висмутовых центров, а излучение 244 нм усиливаетполосы люминесценции 810 и 1350 нм, принадлежащих другому центру.23Обнаружено, что предварительное насыщение водородом приводит кдальнейшему увеличению ИК люминесценции в облученных световодах.6.

Показано, что в силикатном стекле, легированном фосфором безалюминия, полоса ИК люминесценции активных висмутовых центровсдвигаетсявобласть1250-1300нм.Экспериментальнопоказаначетырехкомпонентная структура полос «красной» и ИК люминесценции, чтопозволило выделить четыре вида активных висмутовых центров вфосфоросиликатномстекле.Обнаруженыполосылюминесценции,принадлежащие двум активным висмутовым центрам, свойства которыхмогут определяться структурой сетки кварцевого стекла, образованнойкольцами кремнекислородных тетраэдров с разным количеством звеньев.Оптические свойства двух других центров могут быть обусловленывлиянием ионов фосфора в разной конфигурации.24СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Bulatov L.I., Bufetov I.A.,. Shubin A.V,Kustov E.F., Dianov E.M., Umnikov A.A., Yashkov M.V., Guryanov A.N.,Bismuth-doped optical fibres – spectroscopic study and interpretation ofspectra.

– 32nd ECOC, Cannes, France, paper Mo3.3.6 (2006).2. Dvoyrin V.V., Mashinsky V.M., Bulatov L.I., Bufetov I.A., Shubin A.V.,Melkumov M.A., Kustov E.F., Dianov E.M., Umnikov A.A., Khopin V.F.,Yashkov M.V., and Guryanov A.N., Bismuth-doped-glass optical fibers – anew active medium for lasers and amplifiers. – Opt.

Lett. 31(20), 2966 (2006).3. Булатов Л.И., Двойрин В.В., Машинский В.М., Сухоруков А.П.,Спектроскопический анализ поглощения и рассеяния в волоконныхсветоводах, активированных висмутом. – Труды школы-семинара«Волны-2007», Звенигород, Россия, часть 6, 10 (2007).4. Kustov E.F., Bulatov L.I., Dvoyrin V.V., Mashinsky V.M., Dianov E.M.,Spectral methods for determination оf active centers concentration in laserglasses and active optical fibers. – in Proc.

in XXI International GlassCongress, Strasbourg, France, paper M12 (2007).5. Булатов Л.И., Двойрин В.В., Машинский В.М., Дианов Е.М., СухоруковА.П. , Умников А.А. , Гурьянов А.Н. , Поглощение и рассеяние вволоконных световодах, активированных висмутом. – Известия РАН.Серия физическая, 72 (1), 110 (2008).6. Булатов Л.И., Кустов Е.Ф., Двойрин В.В., Машинский В.М., СухоруковА.П., Структура широких полос в спектрах поглощения илюминесценциивалюмосиликатныхволоконныхсветоводах,активированных висмутом. – Труды научной школы-семинара «Волны2008», Звенигород, Россия, часть 5, 59 (2008).7.Ban Ch., Limberger H.G., Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Bulatov L.I.,Dianov E.M., Photosensitivity of Bi-doped silica optical fibers to 193 nmexcimer laser irradiation.

– LPHYS-2008, Trondheim, Norway, 524 (2008).8. Bulatov L.I., Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Kustov E.F., Dianov E.M.,Structure of Absorption and Luminescence Bands in Aluminosilicate OpticalFibers Doped with Bismuth. – 3rd EPS-QEOD Europhoton conference, Paris,France, paper Wep.9 (2008).259. Kustov E.F., Bulatov L.I., Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Interpretation ofspectral properties of Bi-doped-glass optical fibers by molecular orbit theory.

–3rd EPS-QEOD Europhoton conference, Paris, France, paper THoE.7 (2008).10. Ban Ch., Limberger H.G., Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Bulatov L.I.,Dianov E.M., Photosensitivity of Bi-Al-doped silica optical fibers to 193 nmexcimer laser irradiation. – 3rd EPS-QEOD Europhoton conference, Paris,France, paper THp.1 (2008).11. Тетерин А.Ю., Тетерин Ю.А., Маслаков К.И., Яржемский В.Г., СверчковС.Е., Денкер Б.И., Галаган Б.И., Исхакова Л.Д., Булатов Л.И., ДвойринВ.В., Машинский В.М., Умников А.А., Гурьянов А.Н., Нефедов В.И.,Дианов Е.М., Рентгеноэлектронное исследование зарядового состоянияатомов Bi и Al в стеклах, люминесцирующих в инфракрасной области.

–Доклады Академии Наук, 423(2), 1-5 (2008).12. Umnikov A.A., Guryanov A.N., Abramov A.N., Vechkanov N.N., FirstovS.V., Mashinsky V.M., Dvoyrin V.V., Bulatov L.I., Dianov E.M., Al-free corecomposition bismuth-doped optical fibre with luminescence band at 1300 nm.– in Proc. ECOC2008, Brussels, Belgium, paper Tu1.B.7 (2008).13. Булатов Л.И., Машинский В.М., Двойрин В.В., Кустов Е.Ф., Дианов Е.М.,Сухоруков А.П. , Структура полос в спектрах поглощения илюминесценции в алюмосиликатных световодах, активированныхвисмутом, – Известия РАН, 72(12) 1754, (2008).14.

Булатов Л.И., Машинский В.М., Двойрин В.В., Сухоруков А.П.,Спектроскопическоеисследованиевисмутовыхцентроввалюмосиликатных световодах, – Журнал Радиоэлектроники, №3 (2009).26.