| Аннотация |
Одной из перспективных активных сред, позволяющих получить усиление и лазерную генерацию в спектральных диапазонах, недоступных для волокон, легированных редкоземельными элементами, являются световоды, где в качестве активного иона используется висмут. Важной особенностью висмутсодержащих волокон является возможность модификации их оптических свойств путем
изменения состава стеклянной матрицы сердцевины, содержащей активные центры. На данный момент разработаны и исследованы алюмосиликатные, фосфоросиликатные, чисто кварцевые и германосиликатные с низкой концентрацией GeO2, а также высокогерманатные волокна, в которых формируются висмутовые активные центры (ВАЦ), ассоциированные, соответственно, с Al, P, Si и Ge, и
имеющие полосы усиления в областях около 1.15, 1.3, 1.43 и 1.7 мкм. Использование висмутовых световодов позволило освоить спектральные диапазоны ранее недоступные для лазеров и усилителей на основе кварцевых световодов с активными ионами. Однако, несмотря на перспективность висмутовой активной среды, при реализации таких световодов возникают определенные сложности, в
частности, основной проблемой, с которой приходится иметь дело является сложность получения образцов с низкими (сопоставимыми со значениями достижимыми в световодах с редкоземельными элементами) ненасыщаемыми потерями. Особенностью таких световодов является и то, что с повышением концентрации ВАЦ ненасыщаемые потери растут по квадратичному закону.
Сложность создания висмутовых световодов с высокой (>10^18 см-3) концентрацией ВАЦ является определяющей причиной, почему волокна, легированные висмутом, до недавнего времени для получения оптического усиления требовали исключительно накачки по сердцевине. Тем не менее, данный факт относился к случаю резонансной накачки по квази-трехуровневой схеме, т.е. когда возбуждение активной среды происходит непосредственно в лазерный уровень. Однако в ближней ИК области (<1000 нм) висмутовые световоды на основе кварцевого стекла имеют интенсивные (примерно в 3-5 раз выше, чем
переход из основного состояния во второе возбужденное состояние) полосы поглощения, которые могут быть задействованы при возбуждении ВАЦ, в том числе, путем накачки световода по первой оболочке. Этот факт, а также прогресс в разработке световодов с более высокой концентрацией ВАЦ, позволил продемонстрировать принципиальную возможность использования такого подхода
для достижения лазерной генерации на висмутовом германосиликатном световоде в области 1.43 мкм. Накачка осуществлялась лазерным диодом на 808 нм по первой оболочке. Цель данного проекта связана с развитием представленного направления, касающегося разработки висмутовых лазеров и усилителей с накачкой по первой оболочке в ближнем ИК диапазоне, изучение свойств активной
среды, исследование влияние геометрии отражающей оболочки и параметров сердцевины висмутовых световодов, а также других параметров на свойства разрабатываемых лазеров и усилителей.
Разработка лазеров с накачкой по оболочке является логическим продолжением исследований висмутовых световодов на пути к широкому практическому применению устройств на основе таких волокон. В рамках проекта 2022 года были получены важные результаты, включая первые экспериментальные образцы висмутовых лазеров на фосфоро- и германо- силикатных световодах с накачкой по
оболочке. Кроме того, удалось значительно увеличить выходную мощность этих устройств с примерно 70 мВт в предыдущих работах до уровня более 1 Вт. Цель проекта заключается в создании висмутовых лазеров с повышенной мощностью и накачкой по оболочке. Для увеличения выходной мощности висмутовых источников необходимо решить комплекс задач, связанных с модификацией состава
висмутовых световодов и волноведущей структуры, а также с использованием лазерных схем, методов накачки, обеспечением обратной связи и т. д. Несомненно, решение этих вопросов внесёт значительный вклад в развитие не только устройств на основе висмутовых световодов, но и лазерных технологий, телекоммуникаций и пр.
|
