евим, а крім того, для їх створення використовується флюорідние або халькогенідниє скла, істотно більш складні у виготовленні і експлуатації. У 1994 році були запропоновані й реалізовані перші волоконні ВКР-підсилювачі на 1300нм. Такі підсилювачі можуть посилювати оптичне випромінювання на будь-якій довжині хвилі з спектрального діапазону прозорості волоконних світловодів, але для отримання посилення 20-30 дБ їм потрібна порівняно висока потужність накачування (~ 1 Вт). Крім того, для отримання достатньо широкої смуги посилення необхідно накачувати ВКР-підсилювач декількома джерелами з різними довжинами хвиль. У 2005 році було показано, що потенційно можливої ??активним середовищем для волоконних перебудовуваних лазерів і оптичних підсилювачів є світловоди з кварцового скла, легованого вісмутом. Обумовлено це, в першу чергу, тим, що такі світловоди володіють смугами ІК люмінесценції в досить широкій області довжин хвиль 1000- 1600 нм, в яких спостерігається довгоживуча (до 1700мкс) широкосмугова (до 500 нм) люмінесценція зі спектральним положенням максимуму в області 1050 1 420 нм, що покриває спектральний діапазон від 900 до 2000 нм.
Крім того, широкі смуги поглинання в даних стеклах у видимому та ІЧ діапазонах дозволяють використовувати широкосмугову накачування. У силікатних і германатних стеклах з вісмутом була продемонстрована можливість оптичного посилення сигналу в спектральному діапазоні 1250-1350 нм і на довжині хвилі 1 560 нм. Однак лазер на основі об'ємних вісмутових стекол так і не був створений. Найбільш перспективним є використання властивостей стекол, легованих вісмутом, у вигляді волоконногосветовода, оскільки волоконні лазери і підсилювачі володіють рядом незаперечних переваг у порівнянні зі звичайними (газовими та твердотільними) лазерами.
Малюнок 1 Перспективні довжини хвиль
Компактність, надійність, економічність, стабільність і високу якість вихідного пучка, ефективний тепловідвід - все це переваги цільно волоконної конструкції лазера. Тому, на основі світловодів, активованих вісмутом і виготовлених методами MCVD і SPCVD, були реалізовані різні типи волоконних лазерів, Перші волоконні вісмутові лазери працювали в спектральному діапазоні 1140- 1215 нм з ефективністю ~ 14% .Накачка вісмутових лазерів здійснювалася в серцевину активного световодаіттербіевим лазером, випромінюючим на довжині хвилі 1064 нм. В якості активних середовищ використовувалися алюмосілікатниесветоводи, леговані вісмутом
Малюнок 2 Потенційна область генерації волокон легованих вісмутом
Для просування в довгохвильову область (1300- 1550 нм) необхідно здійснити пошук складу скла серцевини світловоду з вісмутом, що володіє оптичним посиленням в зазначеному діапазоні довжин хвиль.
1.1 Дослідження активних вісмутових центрів
На відміну від іонів рідкоземельних елементів, в електронній конфігурації атома вісмуту містяться заповнені f і d оболонки, тому спектроскопія у видимому і ближньому ІЧ діапазоні визначається валентними 6s і 6p електронами. Отже, оптичні властивості іонів вісмуту сильно залежать від кристалічного оточення, а спектральні смуги повинні бути ширшими в порівнянні з іонами рідкоземельних елементів. Спектроскопія іона Bi 2+ в різних кристалах характеризується трьома широкими смугами в спектрі збудження з максимумами в області 250-365 нм, 413-470 нм і 500-622 нм і єдиною смугою люмінесценції з максимумом на 586-639 нм і часом життя ~ 10 мкс. Аналогічно іону Bi 2+, оптичні властивості іона Bi 3+ також сильно залежать від структури кристала і його координації. Спектр збудження складається з двох смуг зі спектральним положенням 216-265 нм і 240-332 нм, а люмінесценція має час життя ~ 1 мкс і максимум смуги від 290 до 480 нм. Люмінесценція іона вісмуту Bi + в кристалі RbPb 2 Cl 5 має максимум в області 1080 нм і час життя 140 мкс. При цьому в спектрі поглинання спостерігаються дозволені за спину і заборонені по парності переходи між рівнями p-оболонки. Абсорбція і люмінесцентні властивості вісмутових центрів в силікатних, германатних, фосфатних і боратному стеклах залежать від безлічі параметрів, таких як: склад скла, технології виготовлення, довжина хвилі збудження, концентрації вісмуту. При цьому широкі смуги поглинання та люмінесценції володіють складною структурою. Спектри поглинання складаються з чотирьох широких смуг з максимумами близько 500, 700, 800 і 1000 нм, причому точне спектральне положення і форма даних смуг залежить від складу скла. У стеклах, активованих вісмутом з обов'язковим легуванням оксидом Al (алюмінію) і додатковим легуванням оксидами лужних і лужноземельних металів, спостерігається широкосмугова ІК люмінесценція з максимумом в області 1050-1420 нм, шириною смуги до 510 нм і часом життя від 100 до ~ 1 700 мкс. Дана люмінесценція покриває спектральний діапазон від...
