DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-05-10-18
УДК 666.22, 535.37, 535.42
Халдун Нассер1*, Николай Валентинович Никоноров2, Сергей Александрович Иванов3, Александр Иванович Игнатьев4
Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
1khaldoon.nasser.94@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6221-7086
2nikonorov@oi.ifmo.ru https://orcid.org/0000-0002-1341-067X
3ykkapoh@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-4051-8803
4ignatiev@oi.ifmo.ru https://orcid.org/0000-0002-4452-5496
Аннотация
Предметом исследования является хлорсодержащее фототерморефрактивное стекло, активированное ионами неодима. Целью работы является изучение влияния концентрации оксида неодима на процесс фототермоиндуцированной кристаллизации и амплитуду модуляции показателя преломления в брэгговской решетке, записанной в неодимовых хлорсодержащих фототерморефрактивных стеклах. Метод. Для определения значений модуляции показателя преломления неодимового хлорсодержащего фототерморефрактивного стекла были записаны объемные брэгговские решетки и измерены контуры их угловой селективности. Модуляция показателя преломления в решетке рассчитана по теории связанных волн. Основные результаты. Максимальное значение модуляции показателя преломления в решетке, записанной в исходном хлорсодержащем фототерморефрактивном стекле, составила 1,6ґ10–3, а в стекле, активированном ионами неодима, — 0,6ґ10–3. Практическая значимость. Активированное редкоземельными ионами хлорсодержащее фототерморефрактивное стекло дает возможность записывать брэгговские решетки и открывает новые возможности для применения его в устройствах объемной и интегральной оптики, например, для создания лазеров с брэгговским отражателем и распределенной обратной связью.
Ключевые слова: фототерморефрактивное стекло, объемная брэгговская решетка, неодим, модуляция показателя преломления, перенос энергии
Благодарность: работа выполнена в рамках проекта развития Университета ИТМО «Приоритет-2030».
Ссылка для цитирования: Нассер Х., Никоноров Н.В., Иванов С.А., Игнатьев А.И. Влияние ионов неодима на параметры брэгговских решеток, записанных в хлорсодержащих фототерморефрактивных стеклах // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 5. С. 10–18. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-05-10-18
Коды OCIS: 160.5335, 160.5690, 050.7330, 090.7330, 160.2750, 160.3130
Effect of neodymium ions on the parameters of volume Bragg gratings recorded in chlorine- containing photo-thermo-refractive glasses
Khaldoon Nasser1*, Nikolay V. Nikonorov2, Sergey A. Ivanov3, Alexander I. Ignatiev4
ITMO University, St. Petersburg, Russia
1khaldoon.nasser.94@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6221-7086
2nikonorov@oi.ifmo.ru https://orcid.org/0000-0002-1341-067X
3ykkapoh@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-4051-8803
4ignatiev@oi.ifmo.ru https://orcid.org/0000-0002-4452-5496
Abstract
The Subject of study is the chlorine-containing photo-thermo-refractive glass activated by neodymium ions. Aim of study is to study the effect of neodymium concentration on the process of photo-thermo-induced crystallization and the refractive index modulation amplitude of the volume Bragg grating recorded in the glass. Method. To obtain the values of refractive index modulation amplitude, volume Bragg gratings were recorded in this glass. The angular selectivity contours of the transmission beam were measured. The values of refractive index modulation amplitude were calculated by means of the coupled-waves theory. Main results. The maximum value of the refractive index modulation amplitude in the virgin undoped chlorine-containing photo-thermo-refractive glass was 1.6ґ10–3, and in the glass doped with neodymium was 0.6ґ10–3. Practical significance. The chlorine-containing photo-thermo-refractive glass activated with rare-earth ions gives an opportunity to record volume Bragg gratings and opens new possibilities for its application in integrated optics devices, such as distributed-feedback lasers.
Keywords: photo-thermo-refractive glass, volume Bragg grating, neodymium, refractive index modulation amplitude, energy transfer
Acknowledgment: the work was carried out as part of ITMO University's "Priority 2030" development project.
For citation: Nasser K., Nikonorov N.V., Ivanov S.A., Ignatiev A.I. Effect of neodymium ions on the parameters of volume Bragg gratings recorded in chlorine-containing photo-thermo-refractive glasses [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 5. P. 10–18. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-05-10-18
OCIS сodes: 160.5335, 160.5690, 050.7330, 090.7330, 160.2750, 160.3130
Список источников
1. Samson B.N., Borrelli N.F., Tick P.A. Efficient neodymium-doped glass ceramic fiber laser and amplifier // Opt. Lett. 2001. V. 26. № 3. P. 145–147. https://doi.org/10.1364/OL.26.000145
2. Dussardier B., Blanc W., Peterka P. Tailoring of the local environment of active ions in rare-earth- and transition-metal-doped optical fibres, and potential applications: Selected topics on optical fiber technology // Eds. Yasin M., Harun S.W., Arof H. / IntechOpen. 2012. P. 28. https://doi.org/10.5772/30125
3. Thornton J., Fountain W., Flint G., et al. Properties of neodymium laser materials // Appl. Opt. 1969. V. 8. № 6. P. 1087–1102. https://doi.org/10.1364/AO.8.001087.
4. Brown E., Hanley C.B., Hömmerich U., et al. Spectroscopic study of neodymium doped potassium lead bromide for mid-infrared solid state lasers // J. Lumin. 2013. V. 133. P. 244–248. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.12.023
5. Ivanov S., Dubrovin V., Nikonorov N., et al. Origin of refractive index change in photo-thermo-refractive glass // J. Non-Crystall. Solids. 2019. V. 521. P. 119496. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119496
6. Glebov L. Volume Bragg gratings in PTR glass — new optical elements for laser design // Advanced Solid State Lasers / Nara, Japan. January 27–30, 2008. P. 3.
7. Nikonorov N., Ivanov S., Dubrovin V., et al. New photo-thermo-refractive glasses for holographic optical elements: Properties and applications // Holographic materials and optical systems / Eds. Naydenova I., Nazarova D., Babeva T. IntechOpen. 2017. https://doi.org/10.5772/66116
8. Чухарев A.В. Спектрально-люминесцентные свойства эрбиевых фототерморефрактивных стекол для интегрально-оптических усилителей и лазеров // Дисс. канд. техн. наук. Университет ИТМО, Санкт-Петербург. 2001. 148 c.
9. Nikonorov N., Przhevuskii A., Chukharev A. Effect of pumping on spectral characteristics of Er-doped glasses // Proc. SPIE. 2001. V. 4282. P. 10. https://doi.org/10.1117/12.424781
10. Ryasnyanskiy A., Vorobiev N., Smirnov V., et al. DBR and DFB lasers in neodymium- and ytterbium-doped photothermorefractive glasses // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 7. P. 2156–2159. https://doi.org/10.1364/OL.39.002156
11. Sato Y., Taira T., Smirnov V., et al. The study of spectroscopic properties of Nd: PTR glass // The European Conf. Lasers and Electro-Optics. Munich, Germany. June 14–19, 2009. P. 1–1.
12. Nasser K., Aseev V., Ivanov S., et al. Spectroscopic and laser properties of erbium and ytterbium co-doped photo-thermo-refractive glass // Ceram. Internat. 2020. V. 46. № 16. P. 26282–26288. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.02.271
13. Nikonorov N., Ivanov S.A., Kozlova D.A., et al. Effect of rare-earth-dopants on Bragg gratings recording in PTR glasses // Proc. SPIE. 2017. V. 10233. P. 8. https://doi.org/10.1117/12.2265716
14. Nasser K., Ivanov S., Kharisova R., et al. A novel photo-thermo-refractive glass with chlorine instead of bromine for holographic application // Ceram. Internat. 2022. V. 48. № 18. P. 26750–26757. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.05.372
15. Van De Hulst H.C., Twersky V. Light scattering by small particles // Phys. Today. 1957. V. 10. № 12. P. 28. https://doi.org/10.1063/1.3060205
16. Beléndez A., Fimia A., Carretero L., et al. Study of angular responses of mixed amplitude-phase holographic gratings: Shifted Borrmann effect // Opt. Lett. 2001. V. 26. № 11. P. 786–788. https://doi.org/10.1364/OL.26.000786
17. Kogelnik H. Coupled wave theory for thick hologram gratings // Bell System Technical J. 1969. V. 48. № 9. 2909–2947. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x
18. Glebova L., Ehrt D., Glebov L. Luminescence of dopants in PTR glass // European J. Glass Sci. and Technol. Part B. Physics and Chemistry of Glasses. 2007. V. 48. № 5. P. 328–331.
References
1. Samson B.N., Borrelli N.F., Tick P.A. Efficient neodymium-doped glass ceramic fiber laser and amplifier // Opt. Lett. 2001. V. 26. № 3. P. 145–147. https://doi.org/10.1364/OL.26.000145
2. Dussardier B., Blanc W., Peterka P. Tailoring of the local environment of active ions in rare-earth- and transition-metal-doped optical fibres, and potential applications: Selected topics on optical fiber technology // Eds. Yasin M., Harun S.W., Arof H. / IntechOpen. 2012. P. 28. https://doi.org/10.5772/30125
3. Thornton J., Fountain W., Flint G., et al. Properties of neodymium laser materials // Appl. Opt. 1969. V. 8. № 6. P. 1087–1102. https://doi.org/10.1364/AO.8.001087
4. Brown E., Hanley C.B., Hömmerich U., et al. Spectroscopic study of neodymium doped potassium lead bromide for mid-infrared solid state lasers // J. Lumin. 2013. V. 133. P. 244–248. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.12.023
5. Ivanov S., Dubrovin V., Nikonorov N., et al. Origin of refractive index change in photo-thermo-refractive glass // J. Non-Crystall. Solids. 2019. V. 521. P. 119496. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119496
6. Glebov L. Volume Bragg gratings in PTR glass — new optical elements for laser design // Advanced Solid State Lasers / Nara, Japan. January 27–30, 2008. P. 3.
7. Nikonorov N., Ivanov S., Dubrovin V., et al. New photo-thermo-refractive glasses for holographic optical elements: Properties and applications // Holographic materials and optical systems / Eds. Naydenova I., Nazarova D., Babeva T. IntechOpen. 2017. https://doi.org/10.5772/66116
8. Chukharev A.V. Spectral-luminescent properties of erbium photo-thermo-refractive glasses for integrally optical amplifiers and lasers [in Russian] // PhD Thesis. St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics. St. Petersburg, Russia. 2001. P. 148.
9. Nikonorov N., Przhevuskii A., Chukharev A. Effect of pumping on spectral characteristics of Er-doped glasses // Proc. SPIE. 2001. V. 4282. P. 10. https://doi.org/10.1117/12.424781
10. Ryasnyanskiy A., Vorobiev N., Smirnov V., et al. DBR and DFB lasers in neodymium- and ytterbium-doped photothermorefractive glasses // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 7. P. 2156–2159. https://doi.org/10.1364/OL.39.002156
11. Sato Y., Taira T., Smirnov V., et al. The study of spectroscopic properties of Nd: PTR glass // The European Conf. Lasers and Electro-Optics. Munich, Germany. June 14–19, 2009. P. 1–1.
12. Nasser K., Aseev V., Ivanov S., et al. Spectroscopic and laser properties of erbium and ytterbium co-doped photo-thermo-refractive glass // Ceram. Internat. 2020. V. 46. № 16. P. 26282–26288. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.02.271
13. Nikonorov N., Ivanov S.A., Kozlova D.A., et al. Effect of rare-earth-dopants on Bragg gratings recording in PTR glasses // Proc. SPIE. 2017. V. 10233. P. 8. https://doi.org/10.1117/12.2265716
14. Nasser K., Ivanov S., Kharisova R., et al. A novel photo-thermo-refractive glass with chlorine instead of bromine for holographic application // Ceram. Internat. 2022. V. 48. № 18. P. 26750–26757. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.05.372
15. Van De Hulst H.C., Twersky V. Light scattering by small particles // Phys. Today. 1957. V. 10. № 12. P. 28. https://doi.org/10.1063/1.3060205
16. Beléndez A., Fimia A., Carretero L., et al. Study of angular responses of mixed amplitude-phase holographic gratings: Shifted Borrmann effect // Opt. Lett. 2001. V. 26. № 11. P. 786–788. https://doi.org/10.1364/OL.26.000786
17. Kogelnik H. Coupled wave theory for thick hologram gratings // Bell System Technical J. 1969. V. 48. № 9. 2909–2947. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x
18. Glebova L., Ehrt D., Glebov L. Luminescence of dopants in PTR glass // European J. Glass Sci. and Technol. Part B. Physics and Chemistry of Glasses. 2007. V. 48. № 5. P. 328–331.
