р особливо важливий для потужних волоконних лазерів, оскільки в цьому випадку навіть невеликі оптичні втрати можуть викликати помітний нагрів світловода. Оскільки спектральний діапазон генерації - лазера і стабільність його вихідних характеристик залежать від спектрів поглинання та люмінесценції іонів ітербію в матеріалі світловода [4,5], представляє інтерес дослідження впливу температури на оптичні властивості активних світловодів. Практичне значення має дослідження впливу нагріву на характеристики лазерів на основі иттербиевой активного світловода з подвійною оболонкою і з накачуванням від напівпровідникового джерела.
6.1 Енергетичні рівні іонів ітербію в кварцовому склі
Енергетична схема рівнів іонів ітербію дуже проста. Крім основного рівня існує єдиний збуджений рівень, так що використання переходів між цими рівнями в якості лазерних є можливим тільки завдяки сильному штарковскому розщепленню. Схема рівнів іона представлена ??на малюнку 9 [4]. Спектри поглинання світловодів, легованих іонами, визначаються електронними переходами між розщепленими рівнями і характеризуються наявністю складної смуги поглинання. Вузька лінія поглинання з центром на 976 нм відповідає переходу з підрівня a на підрівень е. Лінія з центром в області 915 нм відповідає переходах з підрівня а на підрівні f і g. Поглинання в смузі з центром на 1034 нм відповідає переходах з підрівня b. Відповідний спектр поглинання представлений на малюнку 10.
Рисунок 9 - Енергетична схема іонів
Рисунок 10 - Спектральна залежність перерізу поглинання в сітці кварцового скла для двох температур. На вставці показано поведінку перетину поглинання при T 208? і 1008? С в довгохвильовій області.
Смуга люмінесценції складається з вузької лінії з центром на 976 нм, що відповідає переходу з підрівня е на підрівень а, і лінії з максимумом на 1034 нм, що тягнеться приблизно до 1200 нм, що відповідає переходах з підрівня е на підрівні b, c і d.
За літературними даними розтину поглинання і люмінесценції в максимумі практично збігаються і становлять [4]. На вставці до малюнка 10 показана спектральна залежність перерізу поглинання в області 1.06 - 1.2 мкм. Вимірювання проводилося з використанням відрізків активних світловодів різної довжини і концентрації іонів. Слід зазначити, що, хоча за абсолютною величиною перетин поглинання в цій спектральній області невелика, проте для світловодів з подвійною оболонкою воно є суттєвим. Це пояснюється тим, що в таких структурах коефіцієнт поглинання накачування визначається не тільки перетином поглинання і концентрацією активних іонів, але і співвідношенням площ активованої серцевини і внутрішньої оболонки. У результаті поглинання накачування зменшується в сотні разів порівняно з випадком накачування в серцевину, тому ступінь інверсії, як правило, менше 50%. Водночас, перепоглощенія лазерного випромінювання виявляється повною мірою, так як воно поширюється лише в серцевині світловода.
Зміна спектрів поглинання та люмінесценції при нагріванні визначається зміною населеності i-го підрівня відповідно до розподілу Больцмана.
де N - загальне число частинок.
На малюнку 11 показані результати розрахунку розподілу Больцмана по подуровням основного стану іона в залежності від температури. Таким чином, при нагріванні слід в першу чергу очікувати зміни спектрів поглинання, оскільки із збільшен...
