Разработка активных волоконных световодов на основе многокомпонентных силикатных стекол для важных практических применений

Активный волоконный световод является ключевым элементом конструкции волоконных лазеров и усилителей и в значительной степени его свойства определяют характеристики всей системы, поэтому к активному световоду предъявляется широкий набор требований. В случае мощных импульсных лазеров это необходимость высокого порога нелинейных эффектов. Генерация в условиях высокой средней мощности требует высокой эффективности усиления. Работа в новых спектральных диапазонах требует использования самых различных редкоземельных элементов (РЗЭ), либо их комбинаций. Низкая растворимость РЗЭ в кварцевом стекле приводит к необходимости введения солегирующих добавок, подавляющих кластеризацию РЗЭ. Однако введение только одной солегирующей добавки не решает весь объем поставленных задач и возникает необходимость использования более сложных стекол. Стекла системы Al2O3-P2O5-SiO2 (APS) имеют близкий к кварцевому стеклу показатель преломления, высокую растворимость оксидов РЗЭ и считаются лучшим материалом для световодов с большим диаметром поля моды. Однако в ряде применений, помимо высокой концентрации РЗЭ и малой dn стекло сердцевины должно соответствовать набору дополнительных требований. В Er-Yb-световодах матрица должна обеспечивать высокую эффективность передачи возбуждения от Yb к Er. В одночастотных лазерах требуется подавление эффекта ВРМБ, что возможно путем создания определенного акустического профиля в сердцевине, т.е. послойного осаждения стекол подходящего состава. В Yb-световодах матрица должна обеспечивать стойкость к фотопотемнению. Таким образом, требования к стеклу сердцевины активного световода становятся все более сложными, зачастую противоречат друг другу, и удовлетворить их можно лишь используя многокомпонентные составы с достаточно неожиданными комбинациями легирующих добавок. Проект посвящен разработке и исследованию Yb-, Er-Yb, Nd- и Bi-световодов на основе новых многокомпонентных стекол, с целью создания на их базе источников излучения со значительно улучшенными характеристиками. Основная часть исследований сфокусирована вокруг двух задач. Первая задача - создание активных световодов с предельно высоким порогом нелинейных эффектов, обеспечивающих работу источников излучения при высокой средней мощности. Речь идет об одномодовых Yb-световодах с увеличенным диаметром сердцевины и предельно высоким коэффициентом усиления на единицу длины. Вторая задача - создание Er-Yb-световодов с увеличенным диаметром поля моды, в которых подавлена нежелательная генерация в области 1 мкм. В рамках проекта будут исследованы наиболее перспективные матрицы для создания таких световодов. В первую очередь планируется уделить внимание APS стеклам и их модификациям. Несмотря на уникальные свойства APS матрицы данное стекло до сих пор не использовалось для изготовления Nd- или Bi-световодов. Добавка Bi дает чрезвычайно широкие возможности для получения лазерной генерации в широком диапазоне прозрачности кварцевого стекла и можно ожидать новых диапазонов люминесценции в случае APS матрицы или более сложных стекол. Отдельный интерес представляет введение в APS стекло B2O3, что дает дополнительную степень свободы при контроле оптического и акустического профиля в световоде, а так же фононной энергии в стекле. Еще одной интересной матрицей является борфосфоросиликатное стекло для изготовления одномодовых Er-Yb-световодов с большим диаметром поля моды. Все заявляемые в проекте световоды будут изготовлены и исследованы впервые. Исследования будут проводиться в тесном сотрудничестве химиков и физиков, что позволит с одной стороны реализовать уникальные стекла и световоды на их основе, а с другой – впервые провести всестороннее исследование изготовленных образцов. В результате выполнения проекта будут реализованы активные световоды, обеспечивающие рекордные характеристики в волоконных лазерах и усилителях на их основе. В связи с этим, тема заявляемого проекта, безусловно, является актуальной и имеет высокую практическую значимость.