“Источники излучения на основе высококонцентрированных эрбиевых композитных световодов”

Во введении обоснована актуальность работы, представлен краткий обзор,
характеризующий степень разработанности темы на момент начала исследований, сформулированы цель, задачи исследований и основные защищаемые положения, показаны научная новизна работы и ее научно-практическая ценность, описан вклад автора в решение поставленных задач.
Первая глава носит обзорно-аналитический характер. Рассмотрены фундаментальные основы формирования спектрально-люминесцентных свойств ионов эрбия и системы эрбий-иттербий в стёклах. Также рассмотрены и сравнены параметры различных волоконных источников излучения (СВИ, волоконных усилителей и непрерывных и импульсных волоконных лазеров) на основе традиционных кварцевых световодов и высококонцентрированных световодов, легированных ионами эрбия. Особое внимание уделено анализу параметров источников излучения на основе высококонцентрированных фосфатных световодов.
Вторая глава посвящена исследованию параметров композитных световодов с высококонцентрированной фосфатной сердцевиной, легированной эрбием и системой эрбий-иттербий, в кварцевой оболочке. Кратко описана технология изготовления композитных световодов. Исследование эрбиевых световодов выполнено автором лично, а эрбий-иттербиевые световоды были охарактеризованы О.Н. Егоровой.
Образцы композитных световодов отличались содержанием РЗЭ в фосфатной сердцевине: ЭС#1 и ЭС#2 были легированы 1 и 3вес.% ионов эрбия, соответственно; а световоды ЭС#3 и ЭС#4 легированы системой эрбий-иттербий (1.3 вес.% ионов эрбия и 17.3 вес.% ионов иттербия).
Элементный состав стекла в поперечном сечении световодов после вытяжки был изучен с помощью сканирующего электронного микроскопа, оборудованного энергодисперсионным рентгеновским спектрометром (EDX). Установлено, что в
8
процессе вытяжки световодов состав стекла сердцевины существенно изменился из- за взаимной диффузии компонентов стёкол сердцевины и оболочки (рис. 1).
Согласно измерениям, концентрация P2O5 в сердцевинах световодов ЭС#1 и ЭС#2 снизилась с 65 мол.% до 20 мол.%, а SiO2 увеличилась до 75 мол.%. В то же время, концентрация ионов эрбия в центре сердцевины световодов уменьшалась незначительно, с 3 вес.% до 2.5 вес.% и с 1 вес.% до 0.9 вес.%.
SiO2 95
P2O5 Gd2O3 Er2O3
Концентрация активных и
оптически
пассивных
90 85 80 75
18 1,8 16 1,6 14 1,4
0,5
-3 -2 -1 0 1 2 3 Радиус (мкм)
0,2 0,4 0,1
22 2,4
0,7
SiO2 P2O5 Gd2O3 Er2O3
1,2 12 1,0 10 0,8 8 0,6
на порядок
концентрации, достижимые при помощи традиционной технологии изготовления активных заготовок
2,2
2,0 0,6
Рисунок 1 – Распределение компонентов стекла в поперечном сечении сердцевины волокна (3 вес.% Er, диаметр 100 мкм).
имеют уникальный состав сердцевины, не исследованный ранее.
Измерены спектры поглощения и усиления слабого сигнала, время жизни
основного лазерного уровня, затухание и профили показателя преломления световодов. Длина волны отсечки оценена теоретически из профилей показателя преломления. Параметры эрбиевых световодов представлены в Таблице 1.
Благодаря кварцевой оболочке, сварки композитных световодов (ЭС#1 и ЭС#2) с кварцевыми хорошо воспроизводились при использовании стандартного сварочного аппарата для телекоммуникационных волокон. Потери на сварках для одномодовых световодов составляли от 0.12 дБ до 1.1 дБ.
редкоземельных ионов в сердцевине
исследованных световодов (от 0.9
до 2.4 вес.% ионов Er3+ и около
0,4 8 вес.% ионов Gd3+), как минимум,
0,3
методом
химического
осаждения.
изучаемые композитные световоды
превышает
модифицированного парофазного Таким образом,
Концентрация (мол.%)

Таблица 1. Параметры световодов
Параметры
Концентрация ионов РЗЭ в заготовке волокна, вес.% (см-3)
Пик поглощения слабого сигнала @980 нм, дБ/см Пик поглощения слабого сигнала @1535 нм, дБ/см Затухание @1100-1200 нм, дБ/м
Диаметр сердцевины, мкм
NA
Длина волны отсечки, нм
Абсолютная разница показателей преломления Время жизни, мс
ЭС#1 Er3+
1 (1·1020) 0.44
1.4 2 4.3 0.265 1490 0.024 6.63
ЭС#2 Er3+
3 (3.1·1020) 1.25 3.65 4.1
3.6 0.288 1350 0.028 6.63
Er3+/Yb3+ световоды имели квадратное поперечное сечение внутренней световедущей оболочки со сторонами 100х100 мкм и 80х80 мкм, а диаметры сердцевины – 13.5 мкм (ЭС#3) и 10.5 мкм (ЭС#4), соответственно. Световоды были многомодовыми в области рабочего диапазона длин волн.
После вытяжки концентрация оксида фосфора в сердцевине снизилась до 30 моль%, концентрация оксида кремния составила 50 моль%, оксида иттербия – 4-5 моль%.
Оптические потери в области длин волн 1.2 – 1.3 мкм составили 2 дБ/м. Поглощение в сердцевине на длине волны 1535 нм составило около 1.5 дБ/см. Время жизни 7.6 мс. Потери на сварке c SMF28 были от 1.7 дБ до 3.7 дБ.
В третьей главе представлены экспериментальные результаты исследования различных конфигураций суперлюминесцентных волоконных источников излучения (СВИ) на основе композитных световодов. Проведено измерение спектров излучения и выходной мощности при различных мощностях накачки и различных длинах активных световодов.
Максимальная выходная мощность однопроходного СВИ с встречной накачкой на основе одномодового световода ЭС#2 длиной всего 45 см составила около 30 мВт (рис. 2). А использование Er3+/Yb3+ волокна ЭС#3 длиной 1.5 м и накачки по оболочке от лазерного диода (мощностью 7Вт) в аналогичной конфигурации СВИ позволило получить выходную мощность до 100 мВт.
35
25
15
5 0
Рисунок 2 – Зависимость выходной мощности однопроходного СВИ от длины световода ЭС#2.
Спектры излучения в обоих случаях имели сложную форму с двумя пиками на длинах волн 1535 нм и 1543 нм и шириной на полувысоте порядка 2 нм и 5 нм, соответственно.
0 -10 -20 -30 -40 -50
1500 1550 1600 Длина волны (нм)
68 мВт 129 мВт 252 мВт 620 мВт
0 100
Введенная мощность накачки (мВт)
легирование ионами
200 300 400 500 600
люминесцентный сигнал, интенсивность которого во всех экспериментах была более чем на 2 порядка меньше интенсивности усиленного спонтанного излучения (УСИ) от ионов эрбия.
Также была исследована двухпроходная схема с композитным волокном, легированным 3 вес. % ионов эрбия. Показано, что данная схема оказывается очень чувствительной к обратным отражениям, за счет которых в схеме возникает режим лазерной генерации. Поэтому максимальная выходная мощность УСИ в двухпроходной схеме была порядка 19.5 мВт при мощности введенной накачки 200 мВт и длине световода 29 см.
Также в главе представлены автокорреляционные функции (АКФ) УСИ, полученные с помощью быстрого обратного Фурье-преобразования спектров излучения. Установлено, что наиболее близкая к идеальной форма АКФ может быть получена, когда в спектре УСИ имеется один интенсивный пик. Длина когерентности (по уровню -3 дБ) при этом составила от 50 до 130 мкм. Этого достаточно для некоторых применений, однако хуже в сравнении с СВИ на основе эрбиевых кварцевых световодов с алюмосиликатной матрицей.
В четвертой главе представлено исследование эрбиевых волоконных усилителей. Первый раздел четвертой главы посвящен усилению непрерывного сигнала в композитных световодах.
Дополнительное
фосфатной сердцевины
иттербия не оказало влияния на форму спектров СВИ в области 1.5 мкм. Кроме того, в диапазоне излучения ионов иттербия наблюдался только слабый
Выходная мощность (мВт)
Мощность (дБм)

Для исследования усиления одномодовых композитных световодов, ЭС#1 и ЭС#2, (раздел 4.1.1) была использована схема однопроходного эрбиевого волоконного усилителя с попутной накачкой. Излучение накачки (976нм) и усиливаемого сигнала (1536 нм) вводилось в сердцевину Er3+ световодов через спектрально-селективный ответвитель (ССО). Композитный световод был соединен с общим выходом ССО при помощи сварного соединения.
Выходные характеристики усилителя были исследованы для серии длин волокон, легированных Er3+: от 10 до 50 см при изучении ЭС#2, и от 20 до 70 см – в случае ЭС#1.
На выходе усилителя осуществлялось измерение мощности и спектров излучения. Характеристики усиления были изучены для различных мощностей входного сигнала (от -30 дБм до 7 дБм) во всём доступном диапазоне мощностей накачки.
Поскольку выходной спектр включает помимо усиленного сигнала спонтанное излучение в области люминесценции ионов эрбия, для определения коэффициента усиления сигнала по выходным спектрам оценивались доли мощностей, соответствующие усиливаемому сигналу и усиленному спонтанному излучению, и коэффициент усиления оценивался как:
(1) где Pout – мощность излучения на выходе, мВт; PASE – мощность усиленного
спонтанного излучения (ASE), мВт; а Pin – мощность входного сигнала, мВт. Мощность усиленного спонтанного излучения оценивалась по измерениям выходного спектра усилителя.
На рисунке 3 показаны коэффициенты усиления в зависимости от длины активных световодов для нескольких уровней мощности входного сигнала (при одинаковой мощности накачки 280 ± 5 мВт). Как видно из рисунка 3 коэффициенты усиления в волокне, легированном 1 вес.% Er3+, выше, чем в волокне, легированном 3 вес.% Er3+, при той же введенной мощности накачки. Зависимость эффективности усиления от концентрации активных ионов связана с кооперативными эффектами между ионами Er3+.
Максимальные значения усиления были получены при длинах световодов, легированных 1 и 3 вес.% эрбия, 50 см и 20 см, соответственно. Для обоих световодов максимальный коэффициент усиления входного сигнала -30 дБм составил около 38 дБ на длине волны 1536 нм. Подавление усиленного спонтанного излучения превышало 20 дБ для усиления сигнала -30 дБм во всем исследуемом диапазоне мощности накачки.
50
45
40
35
30
25
20
15
аб
Рисунок 3 – Коэффициент усиления сигнала 1536 нм в зависимости от длин
композитного волокна, легированного 1 вес.% (а) и 3 вес.% (б) Er (мощность накачки на 976 нм составляла 280 ± 5 мВт).
Максимальный коэффициент усиления на единицу длины был продемонстрирован в световоде, содержащем 3 вес.% Er3+, длиной 10 см, и он составлял 3.1 дБ/см. Экспериментально полученный коэффициент усиления на единицу длины близок к значениям, полученным для полностью фосфатных волокон (от 3 до 5 дБ/см).
Для оптимальных длин активных световодов была исследована зависимость усиления от мощности накачки, выполнена оценка выходной мощности насыщения и шум-фактора. Результаты исследования показывают, что разработанные одномодовые композитные световоды перспективны для создания полностью волоконных компактных усилителей.
лазерная генерация
Входной сигнал -30 дБм
-20 дБм -10 дБм 0 дБм
Входной сигнал -30 дБм
-20 дБм -10 дБм 0 дБм
40 30 20 10
20 30 40 50 60 70 80 Длина световода (см)
-10
10 20 30 40 50 60 70
Длина световода (см)
Коэффициент усиления (дБ)
Коэффициент усиления (дБ)

Вторая часть раздела (пункт 4.1.2) посвящена исследованию усиления непрерывного сигнала (1550 нм) в композитных световодах, легированных системой эрбий-иттербий.
Наилучшие результаты были получены для световода ЭС#3 длиной 23 см с внутренней кварцевой оболочкой 100х100 мкм и для световода ЭС#4 длиной 36 см с внутренней кварцевой оболочкой 80х80 мкм. Для усилителя на основе ЭС#3 максимальное усиление порядка 11.5 дБ получено при мощности сигнала 0.5 мВт, удельное усиление составило около 0.5 дБ/см.
Максимальное значение коэффициента усиления полностью волоконного усилителя с ЭС#4 составило около 13.5дБ для входного сигнала на 1550нм мощностью 0.37 мВт и около 9 дБ для сигнала мощность 2 мВт.
Второй раздел четвертой главы посвящен исследованию усиления ультракоротких импульсов. В качестве источника сигнала был использован волоконный лазер с синхронизацией мод на основе эффекта нелинейного вращения плоскости поляризации с основной частотой 83.3 МГц и длительностью импульса 490фс. Задающий лазер благодаря гармонической синхронизации мод также работал на частоте 250 МГц с длительностью импульса 615 фс. Исследовано усиление в световоде, легированном 1 вес.% ионов эрбия, длиной 20 см.
На выходе усилителя проводилось измерение длительности импульсов, частоты следования импульсов, средней мощности и спектров излучения. Выходные спектры были измерены со спектральным разрешением 0.1 нм. Частота следования имульсов определялась на высокоскоростном осциллографе (500 MHz). Длительность импульсов измерена на оптическом автокорреляторе.
Коэффициенты усиления импульсного сигнала были приблизительно на 2 дБ ниже усиления непрерывного сигнала той же средней мощности.
Исследование выходных спектров позволило обнаружить генерацию новых спектральных частот при усилении УКИ (рис. 4(а)), что связано с достижением пороговой интенсивности возникновения нелинейных эффектов. Анализ зависимости пиковой мощности и спектров излучения при различных мощностях накачки позволил экспериментально установить порог возникновения нелинейных
эффектов, который составил около 120 Вт. С учетом диаметра модового поля, пороговая интенсивность составляет около 6.5×108 Вт/см2 (что соответствует нелинейному показателю преломления 1.43х10-19 м2/Вт).
Для обоих режимов генерации УКИ лазера наблюдалось уменьшение длительности импульсов с увеличением мощности накачки (рис. 4(б)). Пунктирной линией на графике указано расчетное значение длительности импульсов на входе в активный световод с учетом дисперсии пассивных компонентов усилителя. Длительность импульсов уменьшилась до исходного значения при усилении порядка 7±1 дБ.
-20 -30 -40 -50 -60 -70
1520
без усиления 900 33 мВт
96 мВт 800 538 мВт
83.3 МГц 250 МГц
660 фс
570 фс
400 500
1540
Длина волны (нм)
1580
600
400
1560
200 300
Мощность (дБм)
Длительность импульса (фс)
аб
Рисунок 4 – Динамика спектров усиленного излучения 83.3 МГц (а),
зависимость длительности импульсов от мощности накачки усилителя (б).
При максимальной мощности накачки длительность импульсов для режима No 1 составила 431 фс, энергия импульса составила 0.44 нДж, пиковая мощность увеличилась до 1.024 кВт, и для режима No 2 данные параметры, соответственно, равнялись 625 фс, 0.15 нДж и 246 Вт.
Третий раздел четвертой главы посвящен исследованию изменения фазовой модуляции УКИ в усилителе на основе композитного световода, легированного 3 вес.% ионов эрбия (ЭС#2), длиной 20 см.
В качестве задающего генератора был использован импульсный лазер с центральной длиной волны 1555 нм, длительностью импульса 1.59 пс и средней мощностью 4.4 мВт. Импульсы были близки к спектрально-ограниченным, параметр
Мощность накачки (мВт)

TBP составил около 0.37. Частота следования импульсов составляла 3.8МГц. Пиковая мощность до усиления составляла 0.73 кВт, а энергия импульса 1.2 нДж.
На выходе из усилителя проводилось измерение выходной мощности и автокорреляционных спектров при различных мощностях накачки. Были оценены коэффициенты усиления, длительность импульсов, ширина спектра на половине высоты, TBP, частотная модуляция, пиковая мощность и энергия импульса. Усиленное излучение доставлялось к измерительному оборудованию через волоконно-оптический ответвитель из стандартного световода SMF28, длина которого составляла около 3 м.
При усилении УКИ в композитном световоде во всем диапазоне мощностей наблюдалось уширение спектра, которое может быть обусловлено фазовой самомодуляцией. При мощности накачки менее 120 мВт и более 220 мВт наблюдался распад импульса, а в диапазоне от 120 мВт до 220 мВт напротив – сжатие (рис. 5(а)). После УКИ наблюдалась линейная отрицательная частотная модуляция (рис. 5(б)).
1565
1560
1555
1550
1545
3000 2000
-2 -1 0 1 2 Задержка (пс)
0,0-6 -4 -2 0 2 4 6-3000 Время (пс)
Интенсивность (отн.ед.)
6E+04 1,0
5E+04 0,8 1000
4E+04 3E+04 2E+04 1E+04 0
0,6 0,4 0,2
0 -1000 -2000
Длина волны (нм)
Интенсивность (отн.ед.)
Чирп (ГГц)
аб
Рисунок 5 – Параметры импульсного усиленного УКИ при мощности накачки усилителя 220 мВт: FROG-спектрограмма (а), автокорреляционная функция и
частотная модуляция импульса (б).
Показана возможность изменения длительности импульса в зависимости от мощности накачки волоконного усилителя. Получено нелинейное сжатие импульса в активном волокне с 1.59 пс до 270 фс, увеличение энергии импульса с 1.2 нДж до 8 нДж и пиковой мощности с 0.73 кВт до 28 кВт.
В пятой главе представлено исследование волоконных лазеров на основе композитных световодов. Первый раздел пятой главы посвящен непрерывной лазерной генерации композитных световодов.
При исследовании композитного световода, легированного 3 вес.% Er3+, излучение накачки на 976 нм вводилось в сердцевину активного световода через ССО. Длина ЭС#2 изменялась от 5 см до 50 см.
ВслучаеEr3+/Yb3+ композитногосветовода(ЭС#3)излучениенакачки971нм от лазерного диода с многомодовым выходом и мощностью до 4.5 Вт вводилось в световедущую оболочку с помощью объединителя накачки. Длина световода в эксперименте составляла 36 см.
Лазерный резонатор был образован волоконной брэгговской решеткой с коэффициентом отражения близким к 1 на 1536 нм с одной стороны и торцом волокна, сколотым под прямым углом, с другой (R ≈ 0.04).
В эксперименте проводилось измерение спектральных и амплитудно- временных характеристик выходного излучения, а также интегральной мощности для разных мощностей накачки.
Для световода, легированного 3 вес.% эрбия, выполнена оптимизация длины. На рисунке 6(а) представлена зависимость максимальной выходной мощности источника излучения при максимальной введенной мощности накачки 510 мВт от длины активной среды.
100 10 1 0,1 0,01 1E-3
1E-4 1535 1545 1555 Длина волны (нм)
15 см

20 см
30 см
39 см

120
80
40
0
160
120
80 60 40 20
0 10 20 30 40 50 Длина световода (см)
100 200
300 400 500
аб
Рисунок 6 – Зависимость выходной мощности от длины активного световода (Рpump =
510 мВт) (а); от мощности накачки (l = 15 см) (б).
Максимальная дифференциальная эффективность и выходная мощность непрерывного лазера достигнуты при длине световода 15 см (рис.6(б)). Дифференциальная эффективность по отношению к поглощенной мощности накачки составила около 32 %. При учете потерь на сварке, которые для данного эксперимента составили порядка 1 дБ, эффективность световода составит порядка
39 %.
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0 0
В отрезке Er3+/Yb3+ волокна длиной 36см продемонстрирована возможность получения более высокой выходной
1000 2000
Мощность накачки (мВт)
Рисунок 7 – Параметры непрерывного лазера с накачкой в оболочку.
3000 4000
наличие нескольких поперечных мод на рабочей длине волны привели к нестабильности спектральных характеристик лазерной генерации.
0
Мощность поглощенной накачки (мВт)
1E-3 1E-4 1E-5 1E-6 1E-7 1E-8
1532 1534 1536 1538 1540 Длина волны (нм)
мощности
генерации
накачки в оболочку в полосу поглощения ионов иттербия.
Однако увеличенный диаметр сердцевины значительно ухудшил сварку с кварцевыми световодами. Поэтому дифференциальная эффективность составила 11%. Отражения на сварке и
непрерывной
до 500 мВт (рис.7)
лазерной за счет
Выходная мощность (мВт)
Выходная мощность (мВт)
Интенсивность (отн.ед)
Выходная мощность (мВт)
Мощность (отн.ед.)

Второй раздел пятой главы посвящен исследованию импульсной лазерной генерации одномодовго композитного световода, легированного 3 вес.% ионов эрбия.
Для получения импульсного режима генерации выбран метод синхронизации мод за счет нелинейного вращения плоскости поляризации.
В работе была использована традиционная схема кольцевого лазера. В качестве активной среды использован одномодовый световод, легированный 3 вес.% ионов эрбия. Длина световода варьировалась от 7 до 19 см. Общая длина кольцевого резонатора составляла около 8.5 м, основная частота равнялась порядка 24 МГц. Все пассивные волокна в резонаторе имели аномальную дисперсию в области генерации ионов эрбия.
Проведено исследование мощностных, спектральных, амплитудно-временных и шумовых характеристик лазера. Спектр излучения снят при помощи анализатора оптического спектра с разрешением 0.1 нм.
Измерение амплитудно-временных характеристик выполнено при помощи быстродействующего InGaAs-фотодетектора с волоконным входом и высокочастотного (до 500 МГц) быстродействующего осциллографа.
Шумовые характеристики измерены с помощью широкополосного (0÷3 ГГц) радиочастотного анализатора спектра. Для измерения длительности фемтосекундных импульсов использовался интерференционный автокоррелятор на основе интерферометра Майкельсона.
Экспериментально получены наиболее высокая стабильность следования импульсов, наименьшая частотно-фазовая модуляция импульсов и наилучшее отношение сигнал-шум с использованием 7 см отрезка высококонцентрированного световода. На рисунке 8 представлен спектр излучения и автокорреляционная функция.
Полученная форма спектра имеет характерные для солитонного режима пики Келли. Увеличение мощности накачки приводило к увеличению частоты, а не к росту энергии импульсов, что также указывает на солитонный режим, который может существовать в узком энергетическом диапазоне импульсов,
обеспечивающем компенсацию дисперсии резонатора. Длительность импульсов, измеренная с помощью автокоррелятора, составила около 480 фс.
-40 -50 -60 -70 -80
1510 1530 1550 1570 1590 Длина волны (нм)
8 6 4 2 0
-1000 0 Задержка (фс)
2000
аб
Рисунок 8 – Спектр излучения (а) и автокорреляционная функция (б)
выходного излучения.
Используя данные о положении пиков Келли и длительности
импульсов , определена дисперсия групповой задержки (GDD) резонатора. Дисперсия групповой задержки резонатора лазера составила около -0,093 пс2. GDD исследуемого композитного волокна, легированного Er, составила около 0,066 пс2. Соответствующий параметр дисперсии равняется порядка -300 пс/нм/км. Это на порядок выше по сравнению с традиционными Er-легированными
волокнами.
Средняя выходная мощность равнялась -30 -20
-40 -60 -80
порядка
одиночного
пиковая мощность 190 Вт.
энергия а
2.2 мВт. импульса
Таким
составляла 90 пДж,
На рисунке
радиочастотный (РЧ) спектр лазера вблизи основной частоты. Отношение сигнал/шум составило около 50 дБ. Во вставленном графике представлен радиочастотный спектр в диапазоне частот от 0 до 1 ГГц. Можно видеть,
-80 -90
Рисунок 9 – РЧ – спектр лазера вблизи основной частоты.
образом,
-40 -50 -60
9 представлен
-2000
1000
-100
-70 0,0 0,5 1,0
Частота (ГГц)
Мощность (дБм)
Мощность (дБм)
Мощность (дБм)
Интенсивность (отн.ед.)
15 20 25
Частота (МГц)
50 дБ

что реализованный лазер имеет достаточно хорошую стабильность.
В третьем разделе пятой главы представлено исследование импульсных лазеров на основе композитного световода, легированного системой эрбий- иттербий, длиной от 31 до 36 см. Волокно накачивалось в оболочку. Однако из-за многомодовости световода на рабочей длине волны импульсный режим генерации на основной частоте резонатора 8.7 МГц был получен только для случая активной синхронизации мод. Длительность импульсов варьировалась от 1 до 1.4нс, выходная мощность достигала порядка 20 мВт. В спектрах излучения наблюдались узкие и интенсивные пики. Поэтому возможно наличие непрерывного излучения.
Максимальная энергия импульса достигала 5 нДж, а пиковая мощность – 2.5 Вт. В заключении представлены основные выводы к работе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Использование композитных световодов, легированных 3вес.% ионов эрбия, обеспечивает выходную мощность УСИ, близкую к значениям мощности СВИ на основе кварцевых эрбиевых световодов (около 30мВт), при длине активного световода 45 см, на порядок меньшей в сравнении со стандартными эрбиевыми волокнами. Использование солегирования иттербием совместно с накачкой в оболочку позволяет в несколько раз увеличить спектральную плотность мощности излучения полностью волоконных СВИ (до 100 мВт).
2. Использование одномодового композитного световода, легированного 3 вес.% эрбия, и накачки в сердцевину лазерным диодом с длиной волны генерации 976 нм обеспечивает высокую эффективность непрерывной лазерной генерации до 39 % на длине волны 1535 нм.
3. Использование высококонцентрированного композитного волокна, содержащего 3 вес.% ионов эрбия, длиной 20 см или волокна, содержащего 1 вес.% ионов эрбия, длиной 50 см может обеспечить коэффициент усиления в 38 дБ для сигнала мощностью 1 мкВт при значительном подавлении усиленного спонтанного излучения. В случае высококонцентрированного композитного световода,
легированного 3 вес.% ионов эрбия, достигается удельный коэффициент усиления до 3.1 дБ/см, близкий к значениям для полностью фосфатных световодов.
4. Исследовано усиление импульсного сигнала в композитных световодах. В световоде, легированном 1 вес.% ионов эрбия, определена пороговая интенсивность возникновения нелинейных эффектов, которая составила около 6.5×108 Вт/см2.
При усилении импульсного сигнала в композитном световоде, содержащем 3 вес.% ионов эрбия, длиной 20 см продемонстрирована спектрально-временная динамика нелинейного сжатия импульса длительностью1,59 пс до 270 фс. Установлено, что сокращение длительности импульса зависит от инверсии населенности активной среды усилителя.
5. Использование высококонцентрированного световода, содержащего 3 вес.% эрбия, длиной 7 см позволяет создать стабильный фемтосекундный волоконный лазер с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции плоскости поляризации с длительностью импульсов порядка 480 фс и отношением сигнал-шум более 50 дБ.
6. В результате изучения элементного состава сердцевины композитного волокна и оптических характеристик лазеров и усилителей на основе данных волокон установлено, что высокая эффективность усиления и лазерной генерации композитных световодов достигается даже при высоком содержании оксида кремния (от 50 до 75 мол.%) в легированной эрбием сердцевине.