Активированные Yb3+ волоконные световоды с сердцевиной, изготовленной методом спекания порошков c вибрационным перемешиванием расплава

Ерин Д.Ю., Егорова О.Н., Исхакова Л.Д., Милович Ф.О., Семёнов С.Л., Черноок С.Г.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Ерин Д.Ю., Егорова О.Н., Исхакова Л.Д., Милович Ф.О., Семёнов С.Л., Черноок С.Г. Активированные Yb3+ волоконные световоды с сердцевиной, изготовленной методом спекания порошков c вибрационным перемешиванием расплава // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 12. С. 69–76. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-12-69-76

Erin D.Yu., Egorova O.N., Iskhakova L.D., Milovich F.O., Semenov S.L., Chernook S.G. Yb3+-activated optical fibers with a core fabricated by sintering powders with vibration mixing of the melt [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 12. P. 69–76. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-12-69-76

Ссылка на англоязычную версию:

D. Yu. Erin, O. N. Egorova, L. D. Iskhakova, F. O. Milovich, S. L. Semenov, and S. G. Chernook, "Yb³⁺-activated optical fibers with a core fabricated by sintering powders with vibration mixing of the melt," Journal of Optical Technology. 85(12), 796-802 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000796

Аннотация:

Методом спекания порошков в сочетании с вибрационным перемешиванием расплава изготовлены стёкла для сердцевин преформ волоконных световодов состава SiO2–Al2O3–P2O5–Yb2O3 с достаточно высоким (до 0,5 ат.%) содержанием иттербия. Получена лазерная генерация на ионах иттербия на световодах с сердцевиной из данных стёкол. Для повышения эффективности лазерной генерации требуется дальнейшая оптимизация параметров процесса с целью снижения оптических потерь. Показано, что одной из причин оптических потерь является негомогенность микроструктуры стекла на наноуровне и образование нанокристаллических включений, которыми являются SiO2, YbP3O9 и YbPO4.

Ключевые слова:

волоконный световод, волоконный лазер, иттербий, электронная микроскопия, энергодисперсионная спектроскопия

Коды OCIS: 140.3615, 060.3510, 060.2290, 180.5810, 300.6560

Список источников:

1. Richardson D.J., Nilsson J., Clarkson W.A. High power fiber lasers: current status and future perspectives // JOSA B. 2010. V. 27. P. B63–B92.
2. Fomin V., Abramov M., Ferin A., Abramov A., Mochalov D., PlatonovN., Gapontsev V. 10 kW single-mode fiber laser // 5th International Symposium on High-Power Laser and their Applications. St. Petersburg. 2010. P. SyTu-1.3
3. Wang Z., Zhan H., Li N., Peng K., Wang X., Wang J., Jing F., Lin A. Research progress of chelate precursor doping method to fabricate Yb-doped large-mode-area silica fibers for kW-level laser // Laser Phys. 2015. V. 25. P. 115103.
4. Peng K., Wang Y., Ni L., Wang Z., Gao C., Zhan H., Wang J., Jing F., Lin A. Yb-doped large-mode-area laser fiber fabricated by halide-gas-phase-doping technique // Laser Phys. 2015. V. 25. P. 065801.
5. Kiryanov A.V., Paul M.Ch., Barmenkov Yu.O., Das Sh., Pal M., Escalante-Zarate L. Yb3+ concentration effects in novel Yb-doped lanthano-alumino-silicate fibers: experimental study // IEEE J. Quantum Electronics. 2013. V. 49. № 6. P. 528–544.
6. Oppo C.I., Corpino R., Ricci P.C., Paul M.C., Das S., Pal M., Bhadra S.K., Yoo S., Kalitaq M.P., Boyland S.J., Sahu J.K., Ghigna P., d’Acapito F. Incorporation of Y b3+ ions in multicomponent phase-separated fibre glass performs // Opt. Materials. 2012. V. 34. № 4. P. 660–664.
7. Egorova O.N., Semjonov S.L., Medvedkov O.I., Astapovich M.S., Okhrimchuk A.G., Galagan B.I., Denker B.I., Sverchkov S.E., Dianov E.M. High-beam quality, high-efficiency laser based on fiber with heavily Yb3+-doped phosphate core and silica cladding // Optics Letters. 2015. V. 40. № 16. P. 3762–3765.
8. Matěec V., Hayer M., Pospíšilova M., Kašik I. Preparation of optical cores of silica optical fibers by the sol-gel metod // J. Sol-Gel Sci. Technol. 1997. V. 8. № 1–3. P. 889–893.
9. Devautour M., Roy P., Fevrier S., Pedrido C., Sandoz F., Romano V. Nonchemical-vapor-deposition process for fabrication of highly efficient Yb-doped large core fibers // Appl. Optics. 2009. V. 48. № 31. P. G139–G142.
10. Rajala M., Janka K., Tammela S., Stenius P., Kiveri P., Hotoleanu M. Advantages of direct nanoparticle deposition (DND) technology in active fiber production LIEKKI OY // www.lekki.fi/doc/Liekki%20white%20Paper-DNDFiberIntro-May2005.pdf. 2005.
11. Langner A., Schötz G., Such M., Kayser T., Reichel V., Grimm S., Kitchhof J., Krause V., Rehman G. A new material for high power fiber laser // Proc. SPIE. 2008. V. 6783. P. 687311.
12. Chu Y., Ma Y., Yang Y., Liao L., Wang Y., Hu X., Peng J., Li H., Dai N., Li J., Yang L. Yb3+-doped large core silica fiber for fiber laser prepared by glass phase-separation technology // Opt. Letters. 2016. V. 41. № 6. P. 1225–1228.
13. Bubnov M.M., Dianov E.M., Egorova O.N., Semjonov S.L., Guryanov A.N., Khopin V.F., DeLiso E.V. Fabrication and investigation of single-mode highly phosphorous-doped fibers for Raman lasers // Proc. SPIE. 2000. V. 4083. P. 12–22.
14. Egorova O.N., Semjonov S.L., Velmiskin V.V., Yatsenko Y.P., Sverchkov S.E., Galagan B.I., Denker B.I., Dianov E.M. Phosphate-core silica-clad Er/Yb-doped optical fiber and cladding pumped laser // Optics Express. 2014. V. 22. № 7. P. 7632–7637.

15. Iskhakova L.D., Milovich F.O., Mashinsky V.M., Zlenko A.S., Borisovsky S.E., Dianov E.M. Identification of nanocrystalline inclusions in bismuth-doped silica fibers and performs // Microscopy and Microanalysis. 2016. V. 22. № 5. Р. 987–996.
16. Deschamps T., Ollier N., Vezin H., Gonnet C. Cluster dissolution of Yb3+ in codoped SiO2–Al2O3–P2O5 glass fiber and its relevance to photodarkening // J. Chem. Phys. 2012. V. 136. № 1. P. 014503-1–014503-4.
17. Arai K., Namikawa H., Kumata K., Honda T., Ishii Y., Handa T. Aluminium or phosphorus co-doping effects on the fluorescence and structural properties of neodymium-doped silica glass // J. Appl. Phys. 1986. V. 59. № 10. P. 3430–3436.
18. Xu W., Ren J., Shao Ch., Wang X., Wang M., Zhang L., Chen D., Wang S., Yu C., Hu L. Effect of P5+ on spectroscopy and structure of Yb3+/ Al3+/ P5+ co-doped silica glass // J. Luminescence. 2015. V. 1267. P. 8–15.
19. Likhachev M.E., Bubnov M.M., Zotov K.V., Lipatov D.S., Yashkov M.V., Guryanov A.N. Effect of the AlPO4 join on the pump to signal conversion efficiency in heavily Er doped fibers // Opt. Let. 2009. V. 34. № 21. P. 3355–3357.
20. Petit V., Okazaki T., Sekiya E.H., Bacus R., Saito K., Ikushima A.J. Characterisation of Yb3+ clusters in silica glass performs // Opt. Materials. 2008. V. 31. № 2. P. 300–305.
21. Ерин Д.Ю., Нищев К.Н., Семёнов С.Л., Егорова О.Н., Вельмискин В.В. Стёкла для активных световодов, изготовленные методом бесконтейнерной плавки стекла // Тр. V международной конференции по фотонике и информационной оптике. Москва. 2016. С. 103.
22. Kaiser P., Tynes A.R., Astle H.W., Pearson A.D., French W.G., Jaeger R.E., Cherin A.H. Spectral losses of unclad vitreous silica and sod-lime silicate fibres // JOSA. 1973. V. 63. № 9. Р. 1141–1148.
23. Kirchof J., Unger S. Codoping effects in fibers for active applications // Proc. of OFC’99. San Diego, California, USA. 1999. Paper WM1.
24. Мелькумов М.А., Буфетов И.А., Кравцов К.С., Шубин А.В., Дианов Е.М. Сечение поглощения и вынужденного излучения ионов Yb3+ в силикатных световодах, легированных P2O5 и Al2O3 // Препринт № 5 ИОФ РАН. Москва. 2004. 58 С. (arXiv:1502.02885). [Мелькумов М.А., Буфетов И.А., Кравцов К.С., Шубин А.В., Дианов Е.М. Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных P2O5 и Al2O3 // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 9. С. 843–848].
25. Karlsson G., Laurell F., Tellefsen J., Denker B., Galagan B., Osiko V., Sverchkov S. Development and characterization of Yb-Er laser glass for high average power laser diode pumping // Appl. Phys. 2002. V. 75. Р. 41–46.
26. Savel’ev E.A., Golant K.M. Influence of using of the uniformity of the dictribution of Yb3+ ions and the formation of clusters in silica with phosphorus admixture synthesized by SPVD // Opt. Material Express. 2015. V. 5. № 10. P. 2337–2346.
27. Kasik I., Peterka P., Mrazek J., Honzatko P. Silica optical fibers doped with nanoparticles for fiber lasers and broadband sources // Current Nanoscience. 2016. V. 12. № 3. P. 277–290.
28. Исхакова Л.Д., Милович Ф.О., Ерин Д.Ю., Вельмискин В.В., Семёнов С.Л. Наночастицы и неоднородности в фосфоросиликатных стёклах сердцевин преформ волоконных световодов // Тез. докл. межд. конф. «Стекло: наука и практика» GlasSP-2017. Санкт-Петербург. 2017. С. 171–172.