Введение редкоземельных элементов в нанопористые боросиликатные стекла для создания активных волоконных световодов

Методы осаждения из газовой фазы (MCVD, OVD, VAD) недостаточно удовлетворяют требованиям изготовления лазерных оптических волокон с большим полем моды, требующих сочетания высокой концентрации активных примесей с высокой степенью однородности их распределения по сечению сердцевины. По этой причине нанопористые силикатные стекла (ПС), полученные методом фазового разделения из щелочно-боросиликатных стекол, с 2008 года рассматриваются как перспективная оптическая среда для активных волоконных световодов.В настоящий момент существуют работы, посвященные изготовлению волоконных световодов с помощью пропитки ПС в растворах солей Bi, Yb, Tm и Nd. Было обнаружено, что помимо возможности введения ионов-активаторов в концентрации в разы большей, чем в MCVD, метод позволяет получать оптический материал высокой степени однородности. Кроме того, был выявлен эффект подавления фотопотемнения в световодах, солегированных только ионами Yb и Al, чего в MCVD-аналогах ранее не наблюдалось. Есть упоминания о влиянии наноструктуры со средним размером пор 5 – 10 нм и развитой внутренней поверхностью на явление кластеризации ионов висмута.Тем не менее, количество работ, посвященных использованию ПС для изготовления оптических волокон невелико. Нет данных о результатах введения активных примесей, отличных вышеупомянутых, лазерная генерация была получена только в иттербиевых ПС-световодах. Мало информации об особенностях вхождения редкоземельных элементов в ПС и их предельных концентрациях, а также о возможности и методах введения в стекла таких важных с точки зрения волоконной оптики добавок как германий, фосфор и фтор. Поэтому на данный момент невозможно сказать, насколько перспективны ПС как основа для активных волоконных световодов сложного состава и структуры.В данной работе предполагается изготовить ряд основанных на ПС оптических стекол, легированных Yb, Er и Dy, а также проверить возможность введения в стекла Ge, P и других редкоземельных элементов. Образцы будут изготовлены методом пропитки водными растворами солей и последующим спеканием в печи при температуре 1100 С. Предполагается изучить зависимости люминесцентных и структурных свойств полученных стекол в зависимости от содержания редкоземельных элементов. Из лучших полученных стекол будут изготовлены волоконные световоды и исследованы их оптические и люминесцентные свойства. Будет сделана попытка построить макет лазера на диспрозии и получить лазерную генерацию.Результаты работы представляют интерес как с фундаментальной точки зрения, так и с практической. С одной стороны, они описывают некоторые свойства оптической среды, новой для волоконной оптики. С другой стороны, они могут быть полезны при проектировании лазерных оптических волокон и приборов на их основе.