Фоточувствительность фосфоросиликатных световодов к воздействию излучения эксимерных лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

0030Б9Т23

На правах рукописи УДК 538 97 621 375 826

РЫБАЛТОВСКИЙ АНДРЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ФОСФОРОСИЛИКАТНЫХ СВЕТОВОДОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИМЕРНЫХ ЛАЗЕРОВ

Специальность 01 04 21-лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2007 г

003069723

Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики РАН

Научный руководитель Семенов Сергей Львович,

кандидат физико-магематических наук

Официальные оппоненты Сулимов Владимир Борисович,

доктор физико-математических наук, НИВЦ МГУ, г Москва

Никитин Евгений Петрович, кандидат физико-математических наук, ВНИИКП, г Москва

Ведущая организация Институт проблем лазерных и

информационных технологий Российской академии наук, Московская область, г Троицк

Защита состоится «21 » мая 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002 063 03 в Институте общей физики им А М Прохорова РАН по адресу 119991, г Москва, ул Вавилова, д 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им А М Прохорова РАН

Автореферат разослан «./(? » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

тел 8(499)503-8147

/ТБ Воляк/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

К началу данной работы (1999 г) приобрели актуальность исследования волоконных световодов с сердцевиной нового химического состава кварцевое стекло, легированное оксидом фосфора (фосфоросиликатные световоды, ФСС) Это было вызвано, в первую очередь, возможностью создания на основе ФСС волоконных лазеров и усилителей, работающих на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света в сердцевине световода Основным преимуществом ВКР-лазеров (усичителей)1 является возможность получить генерацию (усиление) практически на любой длине волны Поэтому ВКР-лазеры являются являются перспективными как для систем волоконно-оптической связи, так и для ряда других применений в науке и технике Например, ВКР-лазеры, ¡енерируюшие излучение на длине волны ~ 1 24 мкм, могут служить источником накачки для волоконных усилителей в телекоммуникационном окге на ~ 1 30 мкм, а генерирующие излучение на длине волны ~ 1 48 мкм — для волоконных усилителей в окне на ~ 1 55 мкм

В отличие от ФСС, стандартные световоды с сердцевиной из германосиликатного стекла не являлись подходящей нелинейной средой для ВКР-лазеров из-за малой величины стоксова сдвига основной полосы комбинационного рассеяния (КР), всего ~ 440 см"1 В то же время в спектре КР фосфоросиликатного стекла присутствует интенсивная полоса, обу слов тенист колебаниями двойной Р=0 связи, с гораздо большим стоксовым сдвигом, 1320 см'1 Поэтому при накачке в диапазоне 1 0-1 1 мкм в ВК1'-лазерах на ФСС излучение с длиной волны 1 24 мкм может быть получено в однокаскадном конвертере, а излучение на 1 48 мкм - в двухкаскадном Для сравнения, при использовании германосиликатного световода потребовалось бы трехкдскадное преобразование в первом случае и шестикаскадное (') во втором Таким

1 В иностранной литературе ВКР и ВКР-лазеры (усилите™) называют соответственно

рамановское рассеяние и рамановские лазеры (усилители)

3

образом, использование ФСС позволяло существенно упростить конструкцию ВКР-лазеров и повысить их эффективность

Следует также отметить, что ФСС являются наиболее подходящими и для целого ряда волоконных лазеров и усилителей, принцип действия которых основан на эффекте вынужденного излучения редкоземельных элементов (РЗЭ) Спектральные характеристики и эффективность работы большинства РЗЭ-лазеров в значительной степени определяются матрицей стекча сердцевины световода Для большинства РЗЭ матрица фосфоросиликатного стекла имеет значительное преимущество перед матрицами как германосиликатного, так и нелегированного кварцевого стекла Например, в случае УЬ-Ег лазера эффективная передача энергии накачки от ионов УЬ3+ к ионам Ег3+ возможна только в матрице фосфатных стекол (в частности, фосфоросиликатного стекла)

Для эффективного ВКР-преобразования требуются ФСС с высоким содержанием оксида фосфора в сердцевине и при этом с малыми оптическими потерями Эта технологическая задача к началу данной работы была решена в НЦВО при ИОФРАН совместно с ИХВВ РАН были разработаны и изготовлены высоколегированные (концентрация Р2С>5 ~ 12-15 мол %) световоды с сердцевиной из фосфоросиликатного стекла и с рекордно низкими оптическими потерями (менее 2 дБ/км в диапазоне длин волн 1000-1600 им) Однако в лабораторных образцах ВКР-лазеров, созданных на базе таких световодов, в качестве зеркал-отражателей резонаторов использовались брэгговские решетки показателя преломления, записанные в германосиликатных световодах при помощи излучения с длиной волны 244 нм, полученного путем преобразования во вторую гармонику излучения Аг+ лазера на длине волны 488 нм Такие решетки приходилось приваривать к ФСС, что усложняло конструкцию лазеров Кроме того, при сварке отрезков германосиликатных световодов с ФСС в резонаторе ВКР-лазера возникали дополнительные оптические потери, которые приводили к снижению эффективности лазеров Необходимость использования решеток, записанных в германосиликатных световодах объяснялась тем, что ФСС оказались нечувствительными к излучению с длиной волны 244 нм, и поэтому решетки в них записывать не удавалось Таким образом, была

4

поставлена задача создания лабораторной технологии записи высококонтрастных брэгговских решеток в ФСС Для этого необходимо было выявить и исследовать фотоиндуцированные изменения в сетке стек па ФСС (наведенное оптическое поглощение и наведенный показатель преломления (ПП)), сравнить лазерное воздействие на различных длинах волн, исследовать специфику фотоиндуцированных воздействий в присутствии молекулярного водорода в стекле, который ранее использовался для повышения фоточувствительности германосиликатных световодов, определить оптимальные режимы наведения ПП (длину волны и параметры лазерного излучения1) Эта задачи и решались в данной работе Исследования данной работы напрямую применимы также к ФСС, солегированным РЗЭ, и в конечном счете открывают возможность записи вн> триволоконных зеркал-отражгтелей (брэгговских решеток) в таких световодах с целью создания высокоэффективных РЗЭ-лазеров

Цели работы

Таким образом, цели данной работы были следующие

> исследование воздействия лазерного излучения УФ-диапазона (248 193 и 157 нм) на ПП и оптические потери в ФСС,

> исследование микроскопического механизма эффекта фотоиндуцированного наведения ПП в ФСС,

> определение роли молекулярного водорода, растворенного г, сетке стекла, в эффекте фотоиндуцированного наведения ПП в ФСС,

> создание методики записи брэгговских решеток ПП в ФСС с низкими оптическими потерями, которые могли бы использочаться в волоконных лазерах в качестве зеркал-отражателей

Научная новизна

Впервые экспериментально продемонстрирована фоточувствительность ФСС на длине волны генерации Р2-лазера - 157 нм

Впервые в ФСС измерено стабильное при комнатной температуре фотоиндуцированное увеличение ПП (без предварительного насыщения световодов водородом) при облучении на длине волны генерации АгР-лазер а -193 нм

В спектре наведенного поглощения образцов фосфоросиликатной заготовки, предварительно насыщенных водородом и облученных затем на длине волны 193 нм (АгР-лазер), обнаружена интенсивная полоса с максимумом 6 9 эВ (180 нм) Установлена связь данной полосы с поглощением фосфорного кислородо-дефицитного центра (ФКДЦ) Предложена модель ФКДЦ в виде трехкоординированного атома фосфора, связанного с двухкоординированным атомом кремния в кварцевом стекле Показано, что наведенное поглощение ФКДЦ вносит значительный вклад в наведение ПП при облучении на длине волны 193 нм

Впервые проведено сопоставление скорости наведения ПП в ФСС при использовании различных режимов и различных длин волн УФ-облучения (157, 193 и 248 нм) Показано, что режим облучения световодов Р2-лазером (длина волны 157 нм) является самым эффективным с точки зрения наведения ПП Предложено объяснение более высокой фоточувствительности на длине волны 157 нм по сравнению с режимами облучения АгР (193 нм) и КгР (248 нм) лазерами

Практическая ценность

В работе получены результаты по исследованию наведения ПП в ФСС при использовании различных режимов УФ-облучения Впервые предложен достаточно простой в реализации и информативный метод исследования фоточувствительности ФСС, заключающийся в анализе формы кривой дозной зависимости наведенного ПП и производной от нее В частности, с помощью

этого метода установлен двухэтапныи механизм преобразования точечных дефектов, ведущий к изменению ПП

Определены наиболее оптимальные режимы записи брэгговских решеток в ФСС при помощи эксимерного АгР-лазера Разработанная методика записи брэгговских решеток в ФСС была использована в НЦВО РАН при создании волоконных ВКР-лазеров с рекордно высокой эффективностью Результаты работы также могут быгь использованы при разработке и создании промышленных установок на базе эксимерных лазеров для серийного изготовления брэгговских решеток в фосфоросиликатных волоконных световодах, в частности, результаты работы планируется использовать для оптимизации параметров технологической установки, предназначенной для записи брэгговских решеток, создаваемой в Центре физического приборостроения при Институте Общей Физике им А М Прохорова РАН

Апробация работы

Материалы, изложенные в диссертации, доложены на Международных конференциях по брэгговским решеткам, фоточувствггтельности и полншу ВОРР (Флорида, США, 1999 г и Стреза, Италия, 2001 г), Международной конференции по лазерам Ьазсге-2001 (Тукеон, США, 2001 г), Европейской конференции по оптической связи ЕСОС (Мюнхен, Германия, 2000 г), Международной конференции по волоконно-оптической связи ОРС (Атланта, США, 2003 г), 14-й Международной конференции по физике лазеров ЬРНУ8 (Братислава, Словакия, 2002 г ), а также на научных семинарах и на конкурсах работ молодых ученых НЦВО По теме диссертации опубликовано 5 статей в рецензируемых журналах

Структура н объем диссертации

}

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 2 таблицы Список литературы содержит 98 наименовании

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, ее научная новизна и практическая ценность полученных результатов Кратко изложено основное содержание материала по главам

В первой главе сделан обзор литературных данных по технологии получения и свойствам ФСС, явлению фоточувствительности световодов и применению этого эффекта для создания периодических структур в световодах (решеток ПП), влиянию молекулярного водорода на эффективность протекания фотохимических процессов В параграфе 1 1 дано краткое описание технологий «мгновенной конденсации», МСУБ, ОУО, УАБ и проведено сравнение оптических характеристик ФСС, получаемых при помощи указанных технологий В параграфе 1 2 приводятся и обс\ ждаются основные результаты исследований явления фоточувствительности в германосиликатных световодах В параграфе 1 3 показано, что в отличие от германосиликатного стекла, собственные и фотоиндуцированные дефекты в фосфоросиликатном стекле изучены достаточно слабо и к моменту начала работы над диссертацией природа фотоиндуцированного наведения ПП в ФСС не была установлена

Вторая глава посвящена описанию методик измерения наведенного ПП и оптических потерь в световодах, а также принципов работы экспериментальных установок, использованных в настоящей работе В параграфе 2 1 приведены основные характеристики ФСС, использованных при исследовании эффекта фотоиндуцированного наведения ПП При выполнении большей части исследований были использованы одномодовые световоды с содержанием оксидя фосфора в сердцевине 11-15 мол %, вытянутые при температуре 1940 °С В этих световодах разность ПП сердцевины и оболочки составляла Ап=0 01-0 013, длина волны отсечки А.с= 1050-1100 нм, а уровень оптических потерь в диапазоне длин волн 1100-1600 нм не превышал 2-3 дБ/км В параграфе 2 2 описаны различные процедуры подготовки световодов к УФ-облучению (насыщение водородом, предэкспонирование), режимы облучения световодов и методики измерения наведенного ПП в световодах Подготовка

световода к облучению по методике предэкспонирования реализуется следующим образом на первом этапе насыщенный водородом световод подвергается облучению гомогенным пучком лазера с небольшой дозой, затем световод выдерживается некоторое время (~3 недель) при комнатной температуре для выхода из него молекулярного водорода После этой процедуры в месте гомогенного облучения (предэкспонирования) световода может быть произведено повторное УФ-облучение - например, с целью записи брэгговской решетки В параграфе 2 3 обсуждаются методы исследования микроскопических дефектов (анализ спектров поглощения, спектров эчектронного парамагнитного резонанса и спектров комбинационного рассеяния), наводимых в сетке фосфоросиликатного стекла при воздействии УФ-излучения

В третьей главе приведены результаты спектрального анализа фотоиндуцированных дефектов в сетке фосфоросиликатного стекла Показана связь между изменением интенсивности полос оптического поглощения и возникновением точечных дефектов (центров окраски) Самое значительное по величине наведенное поглощение было зарегистрировано на длинах волн короче 200 нм Как видно из Рис 1, наибольшей интенсивности это поглощение достигает в полосе с максимумом 6 9 эВ (180 нм), которая наблюдается и в спектре пропускания необлученного образца Установлена связь данной полосы с поглощением фосфорного кислородо-дефицитного центра (ФКДЦ), которая была подтверждена квантово-химическими расчетами

Предложена модель ФКДЦ в виде трехкоординированного атома фосфора связанного с двухкоординированным атомом кремния в кварцевом стекле (Рис 2) Рассчитанная величина наведенного ПП на длине волны -1500 км с учетом интенсивности всех наведенных полос поглощения в УФ и видимом спектральных диапазонах дает значение -10"4 для насыщенных водородом образцов заготовки ФСС, что по порядку величины соответствует измерениям наведенного ПП Расчет показывает, что вклад полосы поглощения ФКДЦ в наведение ПП составляет более 90%

Длина волны,нм 180 200 220 240

-г

260 280 300

—о— исходный образец Облучены 193 нм —V— без насыщения Н, —в— с насыщением Н

6,5 6,0 Энергия, зВ

Рис 1 Спектры пропускают образцов сердцевины заготовки из фосфоросшикатного стекла в УФ-диапазоне до и после об пучения Агр-лазером дозой в 1 кДж/см2

(и

Рис 2 Модель ФКДЦ тргхкоордипироваппый атом фосфора, связанный с двухкоординированным атомом кремния в кварцевом стекле

В четвертой главе представлен подробный анализ формы дозной зависимости наведенного ПП Рассмотрен достаточно простой и в то же время информативный метод анализа дозной зависимости, основанный на исследовании поведения ее производной На основе полученных результатов сделано предположение, что в ФСС имеет место двухэтапный процесс наведения ПП

Для математического выражения изменений в концентрации дефечтов в сердцевине световода под действием УФ-излучения были предложены уравнения, используемые для описания кинетики химических процессов2 Изменения концентраций «исходных» А, «промежуточных» В и «конечных» С дефектов в двухэтапном процессе экспонирования световодов (А—-—>В—>С), насыщенных водородом, могут быть представлены в дифференциальной форме в следующем виде Л = -у,А,

В = у,Л-У2£, (1)

С = у2В,

где VI и - скоростные коэффициенты фотохимических реакции Л —-—> В и

В—^—^С, отражающих соответветсвенно 1-й и 2-й этапы преобразования дефектов Решения этих дифференциальных уравнений имеют вид

А = А„е~"'', 'е~

' '' (2)

С = Д, 1 +

-v -V >

v.e 2 — v,e

где Ао - начальная концентрация «исходных» дефектов, I - время или доза экспонирования Анализ математических выражений (2) показывает, что при любом соотношении скоростных коэфициентов V/ и у2 на этапах 1 и 2 существует максимум функции В (И) (£> - доза экспонирования) Он возникав г

2 J Canning, "Photosensitization and photostabilization of laser-induced mdex changes in optical fibers", Optical Fiber Technology, Vol б, p 275-279 (2000)

11

из-за того, что прирост в концентрации «промежуточных» дефектов при уменьшении концентрации «исходных» дефектов становится при некоторой дозе I) таким малым, что сравнивается с их потреблением во втором процессе (формула (1) для производной от В) Из существования максимума функции В следует, что для функции С (О) при таком же значении О должен существовать «перегиб», или иначе - Б-образная форма Другими словами, дозная зависимость наведенного ПП имеет 3 участка начальный с ограниченным ростом функции, промежуточный с увеличенным ростом функции и замыкающий, имеющий более медленный, чем на промежуточном, рост функции наведенного ПП

Таким образом, в работе был предложен достаточно простой в реализации и информативный метод исследования преобразования дефектов в сердцевине ФСС под действием УФ-излучения, закчючающийся в анализе формы кривой дозной зависимости наведенного ПП (Рис 3) и производной от нее (Рис 4) Показано, что Б-образная форма дозной зависимости наведения ПП может быть признаком двухэтапного процесса преобразования дефектов в сетке стекла, а производная дозной зависимости наведенного ПП отображает динамику изменения концентрации дефектов «промежуточного» типа

Кроме того, анализ дозных зависимостей наведенного ПП, полученных для образцов одного и того же ФСС, но подготовленных к экспонированию в различных условиях, позволяют сделать предположение о существовании, по крайней мере, двух независимых каналов преобразования исходных дефектов в сердцевине одноэтапное преобразование без участия водорода и двухэтапное преобразование, для которого фотохимические реакции с водородом необходимы При этом основным процессом, приводящим к наведению ПП в фосфороеиликатных световодах до значений ~103, является двухэтапный процесс с участием водорода на первом этапе

0,00401

0,0035

с 0,0030 с.

0,0025

§; 0,0020

Ф

ш

5 0 0015 0,00100,0005

—©— 1

—о— 2

—е— 3

Л , г,-"

0,0000 ^№¿,2000000 оос

1000 2000 3000 4000 Доза облучения, Дж/см2

5000

6000

Рис 3 Дозные зависимости наведенного ПП, полученные при облучении АгР-лазером насыщенного водородом (кривая 1), исходного (кривая 2) и предэкспонированного дозой 1 2 кДж/см2 (кривая 3) образцов ФСС

1,0x106

о

тз

8,0x107

с <_

к 6,0x107

га

х

I

1 4,0х107 о о. С

2,0x10 7

0,0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 ^ Доза облучения, Дж/см2

Рис 4 Производная от дозной зависимости наведенного ПП (кривая 1 на Рис 3), взятая по дозе обчучения

Пятая глава посвящена сопоставлению кривых дозных зависимостей наведенного ПП, полученных при облучении образцов ФСС на различных длинах волн УФ-диапазона Проведено исследование динамики наведения ПП в ФСС под действием эксимериых лазеров, генерирующих на длинах волн 248, 193 и 157 нм

Выявлены основные физические факторы, которые могут объяснить низкую фоточувствительность ФСС на длине волны генерации ЮТ-лазера - 248 нм Показано, что предварительное экспонирование (предэкспонирование) ФСС эксимерными лазерами на длинах волн 193 и 157 нм не приводит к заметному увеличению фоточувствительности на длине волны 248 нм

Впервые экспериментально продемонстрирована фоточувствительность ФСС под действием излучения Р2-лазера (157 нм) (Рис 5)

0,01 с

С 1Е-3

с »s л

I

X ф

в

m 1Е-4

то

X

1Е-5

Режимы облучения ФСС

1 в исходном состоянии —о—ArF-лазер (193 нм) —о— Fj-лазер (157 нм)

2 с насыщением Н2 —и—ArF-лазер (193 нм) —о— Fj-лазер (157 нм)

Ж"

10

100

1000

Доза облучения, Дж/см

Рис 5 Дозные зависимости наведенного ПП, полученные при УФ-облучении фосфоросиликатных световодов

Предложено объяснение более высокой фоточувствигелыгости на этой дчине волны по сравнению с режимами облучения АгБ (193 нм) и К1р (248 нм) лазерами Поскольку кванты излучения с длиной волны 157 нм имеют бочыиую энергию (7 9 эВ), чем кванты излучения с длинами волн 193 и 248 нм (6 4 и 5 эВ), то вероятность инициирования фотохимических реакций в сетке фосфоросиликатного стекла для излучения 157 нм будет выше Режим облучения на 157 нм оказался самым эффективным с точки зрения наведения ПП Однако отсутствие в настоящее время промышленного производства фазовых масок, предназначенных для работы на длине волны 157 нм, препятствует применению Рг-лазера для записи брэгговских решеток в ФСС Поэтому и создаваемую лабораторную технологию записи брэгговских решеток в ФСС мы ориентировали на применение АтИ-лазера

Проведенные исследования показали, что для записи брэгговских решеток в ФСС наиболее подходящим в настоящее время является излучение эксимерного АгР-лазера с длиной волны 193 нм и предварительное насыщение световода молекулярным водородом или дейтерием Высокие значения наведенного ПП (> 10~3), достигнутые при такой методике облучения, позволяют нам утверл да!ь, что проблема записи решеток в ФСС для их использования в качестве зеркал-отражателей в волоконных лазерах и усилителях была нами решена

Описаны режимы записи брэгговских решеток для ВКР-лазера на основе ФСС и характеристики изготовленного лазера При создании этого лазера был использован световод с рекордно высоким коэффициентом рамановского усиления (10 29 дБ/(км-Вт)) Этот световод перед облучением был подвергнут насыщению дейтерием (а не водородом) с целью минимизации наведенных потерь на поглощение Запись решеток осуществлялась при помощи АгГ-лазера в режиме облучения, обеспечивающего оптимальную динамику наведения ПП в ФСС (плотность энергии в импульсе - 100 мДж/см2, длительность импульса -8 не, частота повторения импульсов - 10 Гц) В результате созданный ВКР-лазер показал рекордные значения эффективности преобразования накачки (45%) и дифференциальной квантовой эффективности (83 %) благодаря отсутствию оптических потерь на стыковку решеток с ФСС

15

В заключении диссертации сформулированы ее основные результаты

1 Исследована фоточувствительность фосфоросиликатных световодов (ФСС) с низкими оптическими потерями к воздействию излучения эксимерных лазеров, генерирующих на длинах волн 248 (KrF-лазер), 193 (ArF-лазер) и 157 (Р2-лазер) нм Показано, что при облучении ФСС Рг-лазером величина наведенного показателя преломления (ПП) оказывается в 2-3 раза больше, чем при облучении ArF-лазером в таких же условиях эксперимента

2 Обнаружено стабильное увеличение ПП при комнатной температуре (~1 5 10"4 при дозе облучения 2 9 к,Цж/см2), индуцированное излучением ArF-лазера, в ФСС без их предварительного касыщенич молекулярным водородом Установлено, что предварительное насыщение ФСС водородом приводит к увеличению на порядок скорости наведения ПП при облучении на длинах волн 193 нм (ArF-лазер) и 157 нм (F2-лазер)

3 В спектре наведенного поглощения фосфоросиликатного стекла, предварительно насыщенного водородом и облученного затем ArF-лазером, обнаружена и изучена интенсивная полоса с максимумом при энергии 6 9 эВ (180 нм) Для объяснения этой полосы предложена модель фосфорного кислородо-дефицитного центра (подтвержденная квантово-химическими расчетами) в виде трехкоординированного атома фосфора, связанного с двухкоординированным атомом кремния в кварцевом стекле Расчет показал, что вклад обнаруженной полосы поглощения в наведение ПП на длинах волн 1300-1600 нм составляет более 90%

4 Проведен анализ дозных зависимостей ПП и поглощения, наведенных лазерным УФ-излучением На основе данного анализа, с помощью феноменологической модели, описывающей фотоиндуцированные процессы в ФСС, насыщенных молекулярным водородом, и включающей в себя два независимых процесса преобразования сетки стекла, показано, что один процесс представляет собой одноэтапное преобразование дефектов без участия водорода, а другой — двухэтапное преобразование, для которого необходимы фотохимические реакции молекулярного водорода с элементами сетки стекла

5 Создана лабораторная технология записи высококонтрастных (модуляция наведенного ПП ~1СГ3) брэгговских решеток ПП в световодах с малыми оптическими потерями на основе фосфоросиликатного стекла С ее помощью записаны решетки-зеркала в двухкаскадном волоконном ВКР-лазере, использующем ФСС в качестве нелинейной среды В этом лазере достигнуты рекордно высокие значения эффективности преобразования накачки (до 45%) и дифференциальной квантовой эффективности (до 83%), благодаря отсутствию оптических потерь на стыковку решеток с ФСС

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 S L Semjonov, A A Rybaltovsky, Y V Larionov, М М Bubnov, Е М Diar.ov, "Influence of hydrogen loading and UV irradiation on optical properties of phosphorus-doped fibers", Proc Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Waveguides (BGPP'99), Florida, IJSA 1 OPS Vol 33, p 267-271 (1999)

2 EM Dianov, M M Bubnov, A N Gunanov, V F Hopm, E В Kryukov^, V G Plotmchenko, A A Rybaltovskn, V О Sokolov, "Phosphosilicate glass optical fibers a promissmg material for Raman lasers", Proc buropian Conference of Optical Communications (ECOC'2000), Munich, Germany, Vol 3 (2000)

3 A A Rybaltovsky, YV Larionov, SL Semjonov, VG Plotmchenko, E В Krukova, Y N Pyrkov, M M Bubnov, E M Dianov, "Relation between UV-induced refractive index and absorption m phosphosilicate optical fibers", Proc Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Waveguides (BGPP'2001), Stresa, Italy, Technical Digest, BthA3-l (2001)

4 Ю В Ларионов, А А Рыбалтовский, С JI Семенов, ММ Бубнов, Е М Дианов, «Особенности проявления фоточувствительности в

фосфоросиликатных световодах с малыми потерями», Квантовая электроника, Т 32, №2, с 124-128(2002)

5 Y Larionov, A Rybaltovsky, S Semjonov, M Bubnov, E Dianov, S Vartapetov, M Kurzanov, A Obiclin, V Yamschikov, "Photosensitivity and photosensitization of highly phosphorus-doped fibers under 157-nm F2 excimer laser irradiation", Proc Optical Fiber Communication (OFC* 2003), Atlanta, Georgia, USA, Technical Digest, v 1, p 38-39 (2003)

6 IA Bufetov, M M Bubnov, Y V Larionov, ОI Medvedkov, S A Vasihev, M A Melkoumov, A A Rybaltovsky, S L Semjonov, E M Dianov, A N Gur'yanov, V F Khopin, F Durr, H G Limberger, R -P Salat'ne, M Zeller, «Highly efficient one- and two-cascade Raman lasers based on phosphosilicate fibers», Laser Physics, Vol 13, № 2, p 234-239 (2003)

7 Ю В Ларионов, А А Рыбалтовский, С Л Семенов M А Курзанов, А 3 Обидин, С К Вартапетов, «Исстедование динамики преобразования точечных дефектов по наведенному показателю преломления», Квантовая электроника, Т 33, № 10, с 919-925 (2003)

8 Ю В Ларионов, А А Рыбалтовский, С Л Семенов, С К Вартапетов, M А Курзанов, А 3 Обидин, «Фоточувствительность световодов, легированных различными примесями», Квантовая электроника, Т 34, №2, с 175-179(2004)

9 А А Рыбалтовский, В О Соколов, В Г Плотниченко, А В Ланин, С Л Семенов, А H Гурьянов, В Ф Хопин, E M Дианов, «Фотоиндуцированное поглощение и наведение показателя преломления в фосфоросиликатных световодах под действием излучения 193 нм», Квантовая электроника, Т 37, № 4, с 388-393 (2007)

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Фоточувствительность легированных кварцевых стекол (обзор литературы).

1.1. Фосфоросиликатное стекло и световоды на его основе.

1.2. Внутриволоконные решетки показателя преломления.

1.3. Фоточувствительность световодов.

ГЛАВА 2. Техника эксперимента и экспериментальные установки.

2.1. Характеристики фосфоросиликатных световодов, использованных при исследовании эффекта фотоиндуцированного наведения показателя преломления.

2.2. Методики облучения световодов и измерения в них наведенного показателя преломления.

2.3. Методы исследования дефектов, наводимых в сетке стекла при воздействии УФ излучения.

ГЛАВА 3. Микроскопические дефекты в фосфоросиликатном стекле, наводимые излучением ArF-лазера (193 нм).

3.1. Спектры поглощения микроскопических дефектов.

3.2. Наведенное поглощение в ИК спектральном диапазоне (2500-5ООО нм).

3.3. Наведенное поглощение в телекоммуникационном диапазоне длин волн (1000-1600 нм).

3.4. Наведенное поглощение в УФ и видимом спектральных диапазонах (200-800 нм)

3.5. Наведенное поглощение в ВУФ спектральном диапазоне (150-200 нм).

3.6. Исследование корреляции дозных зависимостей наведенного поглощения и наведенного показателя преломления.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. Динамика фотохимических процессов и наведения показателя преломления в фосфоросиликатных световодах при облучении ArF эксимерным лазером на длине волны 193 нм.

4.1. Теоретическая модель двухэтапного процесса фотоиндуцированных преобразований дефектов в стекле.

4.2. Обсуждение результатов.

4.3. Выводы.

ГЛАВА 5. Наведение показателя преломления в фосфоросиликатных световодах с использованием эксимерных лазеров, генерирующих на различных длинах волн.

5.1. Фоточувствительность на длине волны генерации RrF-лазера (248 нм).

5.2. Фоточувствительность на длине волны генерации ArF-лазера (193 нм).

5.3. Фоточувствительность на длине волны генерации Р2-лазера (157 нм).

5.4. Высокоэффективные ВКР-лазеры на базе фосфоросиликатных световодов.

5.5. Выводы.

По мере совершенствования волоконно-оптических линий связи (BOJ1C) появляются потребности в разработке новых оптических устройств, которые могут быть полностью интегрированы в BOJ1C. Например, переход от одной несущей длины волны оптического излучения к нескольким потребовал разработки специальных волоконных WDMa устройств, осуществляющих мультиплексирование и демультиплексирование оптических сигналов с различной длиной волны. Значительный шаг в совершенствовании систем BOJIC был сделан при разработке технологии создания периодически изменяющегося по длине световода показателя преломления (записи внутриволоконных решеток показателя преломления). Простота изготовления и использования решеток показателя преломления позволила найти им широкое применение в качестве отражающих, фильтрующих и диспергирующих элементов в системах BOJ1C и, кроме того, в датчиках различных физических величин (температуры, плотности, давления).

Волоконные лазеры появились через 10-15 лет после прокладки первых BOJIC. Принцип действия этих лазеров основан на эффекте вынужденного излучения возбуждаемых оптически редкоземельных элементов (РЗЭ), которыми легирована сердцевина активного световода. В настоящее время РЗЭ лазеры и усилители являются неотъемлемым элементом современных BOJIC.

Ключевым элементом любого лазера являются отражающие зеркала. Разработка технологии записи волоконных решеток позволила отказаться от использования объемных элементов (зеркал, микрообъективов) при создании РЗЭ лазеров, что привело к повышению их надежности, снижению себестоимости, а также их интеграции в системы BOJIC. Наиболее полно исследована и отработана технология записи волоконных решеток в световодах, легированных оксидом германия. Однако спектральные характеристики и эффективность работы большинства РЗЭ лазеров в значительной степени определяются WDM ("Wavelength Division Multiplexor") - спектральный мультиплексор. матрицей стекла сердцевины световода. Для большинства РЗЭ матрица фосфоросиликатного стекла имеет значительное преимущество перед матрицей германосиликатного стекла. Например, в случае Yb-Er лазера эффективная передача энергии накачки от ионов Yb3+ к ионам Ег3+ возможна только в матрице фосфатных стекол (в частности, фосфоросиликатного стекла). Поэтому к началу данной работы возникла острая потребность в разработке технологии записи волоконных решеток показателя преломления в фосфоросиликатных световодах.

Одновременно с РЗЭ лазерами интенсивно разрабатывались волоконные лазеры и усилители, основанные на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света в сердцевине световода. В отличие от РЗЭ лазеров (усилителей), генерирующих (усиливающих) оптическое излучение в ограниченном диапазоне длин волн, ВКР-лазеры и усилители11 позволяют получить генерацию (усиление) практически на любой длине волны. Однако для эффективной работы ВКР-лазеров и усилителей необходимы мощные одномодовые лазеры накачки со строго определенной рабочей длиной волны. В настоящее время этому требованию удовлетворяют следующие источники накачки: лазеры на базе одномодовых световодов, легированных ионами Nd3+, либо Yb3+, способные генерировать излучение в довольно узком спектральном диапазоне 1.05-1.1 мкм. В то же время, например, для накачки ВКР-усилителя на длине волны ~ 1.3 мкм требуется излучение с длиной волны 1.24 мкм, а для накачки эрбиевого усилителя - излучение с длиной волны ~ 1.48 мкм. Поскольку в германосиликатном стекле величина сдвига для основной полосы комбинационного рассеяния (КР) составляет ~ 440 см"1, излучение нужной длины волны может быть получено путем преобразования излучения 1.06 мкм при помощи трехкаскадного ВКР-конвертера в первом случае и при помощи шестикаскадного ВКР-конвертера во втором. В иностранной литературе ВКР и ВКР лазеры (усилители) называют соответственно рамановское рассеяние и рамановские лазеры (усилители).

В спектре КР фосфоросиликатного стекла присутствует интенсивная полоса, обусловленная колебаниями двойной Р=0 связи и имеющая величину стоксова сдвига 1320 см"1. Поэтому при использовании в ВКР-лазерах фосфоросиликатных световодов излучение с длиной волны 1.24 мкм может быть получено в однокаскадном конвертере, а излучение с длиной волны 1.48 мкм - в двухкаскадном. Таким образом, использование световодов с фосфоросиликатной сердцевиной позволяет существенно упростить конструкцию ВКР лазеров и усилителей.

К моменту начала данной работы в НЦВО при ИОФРАН совместно с ИХВВ РАН были разработаны и изготовлены высоколегированные ( концентрация Р2О5 ~ 12-15 мол. %) световоды с сердцевиной из фосфоросиликатного стекла и с рекордно низкими оптическими потерями (менее 2 дБ/км в диапазоне длин волн 1000-1600 нм). Однако в лабораторных образцах ВКР-лазеров, созданных на базе таких световодов, в качестве зеркал-отражателей резонаторов использовались брэгговские решетки показателя преломления, записанные в германосиликатных световодах при помощи излучения с длиной волны 244 нм, полученного путем преобразования во вторую гармонику излучения Аг+ лазера на длине волны 488 нм. Необходимость использования решеток, записанных в германосиликатных световодах объяснялась тем, что фосфоросиликатные световоды оказались нечувствительными к излучению с длиной волны 244 нм, и поэтому решетки в таких световодах записать не удавалось. Использование решеток, записанных в германосиликатных световодах, усложняло конструкцию лазеров. Кроме того, при сварке отрезков германосиликатных световодов с фосфоросиликатным световодом в резонаторе ВКР-лазера возникали дополнительные оптические потери, которые приводили к снижению эффективности лазеров. Разработка методики записи решеток в фосфоросиликатных световодах являлась поэтому чрезвычайно актуальной задачей, что, в свою очередь, требовало исследования фотоиндуцированных изменений в сетке стекла фосфоросиликатных световодов под воздействием лазерного излучения УФ диапазона на различных длинах волн.

Следует отметить, что к началу данного исследования было известно всего несколько работ, выполненных за рубежом, по изучению фоточувствительности фосфоросиликатных световодов. Однако в этих работах использовались световоды либо с высокой (17 мол.%) концентрацией оксида фосфора и очень высокими оптическими потерями (~ 1000 дБ/км), либо световоды с низкими потерями и очень низкой (~ 2 мол.%) концентрацией Р2О5. Таким образом, указанные работы не давали понимания природы фотоиндуцированных явлений в фосфоросиликатном стекле и «рецептов» по выработке оптимальной методики записи решеток в фосфоросиликатных световодах с высоким (12-15 мол.%) содержанием Р2О5 и низкими оптическими потерями.

Цель работы

Целью настоящей работы являлось исследование воздействия лазерного излучения УФ диапазона на показатель преломления (ПП) и оптические потери в фосфоросиликатных световодах, сравнение эффективности воздействия излучения на различных длинах волн (248, 193 и 157 нм), исследование микроскопического механизма эффекта фотоиндуцированного наведения ПП в таких световодах, создание методики записи брэгговских решеток ПП в фосфоросиликатных световодах с низкими потерями, которые могли бы использоваться в волоконных ВКР и РЗЭ лазерах в качестве зеркал-отражателей.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Основные результаты работы:

1. Исследована фоточувствительность фосфоросиликатных световодов (ФСС) с низкими оптическими потерями к воздействию излучения эксимерных лазеров, генерирующих на длинах волн 248 (KrF-лазер), 193 (ArF-лазер) и 157 (Р2-лазер) нм. Показано, что при облучении ФСС Ег-лазером величина наведенного показателя преломления (ПП) оказывается в 2-3 раза больше, чем при облучении ArF-лазером в таких же условиях эксперимента.

2. Обнаружено стабильное увеличение ПП при комнатной температуре (-l^-lO"4 при дозе облучения 2.9 кДж/см2), индуцированное излучением ArF-лазера, в фосфоросиликатных световодах без их предварительного насыщения молекулярным водородом. Установлено, что предварительное насыщение этих световодов водородом приводит к увеличению на порядок скорости наведения ПП при облучении на длинах волн 193 нм (ArF-лазер) и 157 нм (F2-лазер).

3. В спектре наведенного поглощения фосфоросиликатного стекла, предварительно насыщенного водородом и облученного затем ArF-лазером, обнаружена и изучена интенсивная полоса с максимумом при энергии 6.9 эВ (180 нм). Предложена модель фосфорного кислородо-дефицитного центра (подтвержденная квантово-химическими расчетами) в виде трехкоординированного атома фосфора, связанного с двухкоординированным атомом кремния в кварцевом стекле. Расчет показал, что вклад обнаруженной полосы поглощения в наведение ПП на длинах волн 1300-1600 нм составляет более 90%.

4. Проведен анализ дозных зависимостей ПП и поглощения, наведенных лазерным УФ-излучением. На основе данного анализа, с помощью феноменологической модели, описывающей фотоиндуцированные процессы в ФСС, насыщенных молекулярным водородом, и включающей в себя два независимых процесса преобразования сетки стекла, показано, что один процесс представляет собой одноэтапное преобразование дефектов без участия водорода, а другой — двухэтапное преобразование, для которого необходимы фотохимические реакции молекулярного водорода с элементами сетки стекла.

5. Создана лабораторная технология записи высококонтрастных (модуляция наведенного ПП ~1СГ3) брэгговских решеток ПП в световодах с малыми оптическими потерями на основе фосфоросиликатного стекла. С её помощью записаны решетки-зеркала в двухкаскадном волоконном ВКР-лазере, использующем ФСС в качестве нелинейной среды. В этом лазере достигнуты рекордно высокие значения эффективности преобразования накачки (до 45%) и дифференциальной квантовой эффективности (до 83%), благодаря отсутствию оптических потерь на стыковку решеток с ФСС.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю кандидату физико-математических наук C.JI. Семенову за всестороннюю поддержку исследований по теме диссертации, помощь при подготовке экспериментов и обсуждение полученных результатов, что в немалой степени способствовало успешному завершению настоящей работы. Автор признателен академику Е.М. Дианову за постановку темы диссертации, организационную помощь и поддержку данной работы, а также ценные замечания, позволившие улучшить изложение материала в диссертации.

Автор также благодарен

Заведующему лабораторией Технологии волоконных световодов М.М. Бубнову за совместное обсуждение результатов работы, помощь в определении научных приоритетов и полезные советы при написании диссертации;

Старшему научному сотруднику Ю.В. Ларионову за плодотворное сотрудничество и творческое участие в проведении исследований по теме диссертации, без которого решение многих возникавших проблем было бы невозможно;

Старшему научному сотруднику A.J1. Томашуку за ценные замечания по тексту черновой версии диссертации;

Заведующему лабораторией Спектроскопии В.Г. Плотниченко за организационную помощь в измерении спектров пропускания ИК диапазона и спектров КР, помощь в интерпретации результатов, а также плодотворные дискуссии по материалу диссертации;

Старшему научному сотруднику В.О. Соколову за обсуждение моделей центров окраски в фосфоросиликатном стекле и проведение теоретических расчетов;

Научному сотруднику Ю.Н. Пыркову за ценные советы по методикам измерения спектров пропускания и автоматизации экспериментальных установок;

Сотрудникам ИХВВ РАН: заведующему лабораторией Технологии волоконных световодов А.Н. Гурьянову, ведущему научному сотруднику В.Ф. Хопину, старшему научному сотруднику А.Ю. Лаптеву и младшему научному сотруднику М.Ю. Салганскому за создание заготовок для вытяжки фосфоросиликатных световодов и предоставление исчерпывающей информации о каждой заготовке;

Сотрудникам ЦФП при ИОФРАН: директору С.К. Вартапетову, старшим научным сотрудникам В.А. Ямщикову и А.З. Обидину за помощь в проведении экспериментов, обсуждение полученных результатов и дружескую поддержку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. А.Р. Силинь, А.Н. Трухин, "Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном SiC>2 ", Рига, «Зинатне», с. 38, 1985.

2. J.L. Adam, J. Lucas, and S. Jiang, "Recent developments in rare-earth -doped glasses", Proc. SPIE, Vol. 2996, p.8-19 (1997).

3. D.C. Douglass, T.M. Duncan, K.L. Walker and R.Csencsits, "A study of phosphorus in silicate glass with 3IP nuclear magnetic resonance spectroscopy", J. Appl. Phys., Vol. 58, № 1, p. 197-203 (1985).

4. Noriyoshi Shibata, Masaharu Horigudhi and Takao Edahiro, "Raman spectra of binary high-silica glasses and fibers containing Ge02 , P2O5 and B2O3", J. of Non-Ciystalline Solids, Vol.45,p. 115-126 (1981).

5. S. Nagel, J.B. MacChesney, and K.L. Walker, "An overview of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process and performance", J. Quantum Electron., Vol. 18, №4, p.459-476 (1982).

6. P.C. Schultz, "Fabrication of optical waveguides by the outside vapor deposition process", Proc. IEEE, Vol. 68, № 10, p. 1187-1190 (1980).

7. T. Izawa, N. Inagaki, "Materials and processes for fiber perform fabrication vapor-phase axial deposition", Proc. IEEE, Vol. 68, № 10, p. 1184-1187 (1980).

8. B.A. Аксенов, E.H. Базаров, A.B. Белов, E.M. Дианов, Г.А. Иванов, B.A. Исаев, В.В.

9. Колташев, А.А. Маковедкий, К.М. Наметов, В.Г. Плотниченко, Ю.К. Чаморовский,

10. Одномодовые волоконные световоды из кварцевого стекла с высокойконцентрацией оксида фосфора", Неорганические материалы, Т. 34, № 10, с.1218-1222 (1998).

11. A.L. Carter, S.B. Poole and M.G. Sceats, "Flash-condensation technique for the fabrication of high-phosphorus-content rare-earth-doped fibres", Electronics Letters, Vol. 28, № 21, p.2009-2011 (1992).

12. A.L. Carter, M.G. Sceats, S.B. Poole, J.V. Hanna, "Determination of the glass micro structure in erbium/ytterbium-codoped fibers", Proc. of Optical Fiber Communication (OFC'94), San Jose, California, USA, p.4 (1994).

13. K.O.Hill, Y.Fujii, D.C. Johnson and B.S. Kawasaki, "Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication", Applied Physics Letters, Vol. 32, № 10, p. 647-649 (1978).

14. B.S. Kawasaki, K.O. Hill, D.C. Johnson, and Y.Fujii, "Narrow-band Bragg reflectors in optical fibers", Optics Letters, Vol. 3, p.66-68 (1978).

15. C.A. Васильев, E.M. Дианов, A.C. Курков, О.И. Медведков, B.H. Протопопов, "Фотоиндуцированные внутриволоконные решетки показателя преломления для связи мод сердцевина-оболочка", Квантовая электроника, Т. 24, № 2 , с. 151-154 (1997).

16. G. Meltz, W.W. Morey, and W.H. Glenn, "Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method", Optics Letters, Vol. 14, № 15, p.823-825 (1989)

17. E.M. Дианов, C.A. Васильев, О.И. Медведков, А.А. Фролов, "Динамика наведения показателя преломления при облучении германосиликатных световодовразличными типами УФ излучений", Квантовая электроника, Т. 24, № 9, с.805-808 (1997).

18. Н. Hosono, Н. Kawazeo and J.Nishii, "Defect formation in Si02.-Ge02 glasses studied by irradiation with excimer laser light", Physical Review B, Vol. 52, p. R11921-R11923 (1996).

19. D.P. Hand and P.St.Russell, "Photoinduced refractive-index changes in germanosilicate fibers", Optics Letters, Vol. 15, p.102-104 (1990).

20. V.B. Neustruev, "Colour centers in germanosilicate glass and optical fibers", J. Phys. Condens. Matter, Vol. 6, p.6901-6936 (1994).

21. L. Skuja, "The nature of optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 239, p. 16-48 (1998).

22. V.B. Sulimov, V.O. Sokolov, "Cluster modeling of the neutral oxygen vacancy in pure silicon dioxide", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 191, p. 260-280 (1995).

23. V.O. Sokolov, V.B. Sulimov, "Theory of twofold coordinated silicon and germanium atoms in solid silicon dioxide", Physica Status Solidi B, Vol. 186, p. 185-198 (1994).

24. L. Skuja, "Isoelectronic series of twofold coordinated Si, Ge, and Sn atoms in glassy Si02: a luminescence study", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 149, p. 77-95 (1992).

25. B. Poumellec, P.Niay, M. Douay and J.F. Bayon, "The UV induced refractive index grating in Ge:Si02 preforms: additional CW experiments and the macroscopic origin of the index change in index", J. Phys. D, Appl. Phys., Vol. 29, p.1842-1856 (1996).

26. D.L. Williams, "Enhanced UV photosensitivity in boron codoped germanosilicate fibers", Electronics Letters, Vol. 29, p.45-47 (1993).

27. L. Dong, J.L. Archambault, L. Reekie, P.St.J. Russel and D.N. Payne, "Photoinduced absorption change in germanosilicate preforms: evidence for the color-center model of photosensitivity", Applied Optics, Vol. 34, № 18, p.3436-3440 (1995).

28. L. Dong, J. Pinkstone, P.St.J. Russell and D.N. Payne, "Ultraviolet absorption in modified chemical vapor deposition preforms", J. Optical Society America B, Vol. 11, p. 2106 (1994).

29. H. Raw, W. Hermann, "The nature of the reduced defect and diffusion of Ge02 in germania doped vitreous silica", Ber. Bunsenges. Phys. Chem., Vol. 91, p.833 (1987).

30. P.J. Lemaire, R.M.Atkins, V.Mizrahi and W.A. Reed, "High pressure H2 loading as a technique for achieving ultrahigh UV photosensitivity and thermal sensitivity in Ge02 doped optical fibres", Electronics Letters, Vol. 29, № 13, p.l 191-1193 (1993).

31. R.M. Atkins, P.J. Lemaire, T. Erdogan and V. Mizrahi, "Mechanisms of enhanced UV photosensitivity via hydrogen loading in germanosilicate glasses", Electronics Letters, Vol. 29, № 14, p.1234-1235 (1993).

32. C. Dalle, P. Cordier, C. Depecker, P. Niay, P. Bernage, M. Douay, "Growth kinetics and thermal annealing of UV-induced H-bearing species in hydrogen loaded germanosilicate fibre preforms", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 260, p.83-98 (1999).

33. J. Canning, M. Aslund, and P-F. Hu, "Ultraviolet-induced absorption losses in hydrogen-loaded optical fibers and in presensitized optical fibers", Optics Letters, Vol. 25, № 22, p. 1621-1623 (2000).

34. J. Canning, "Photosensitization and photostabilization of laser-induced index changes in optical fibers", Optical Fiber Technology, Vol. 6, p. 275-279 (2000).

35. В. Malo, J. Albert, F. Bilodeau, T. Kitogawa, D.C. Johnson, K.O. Hill, K. Hattory, Y.Hibino, S.Gujrathi, "Photosensitivity in phosphorus-doped silica glass and optical waveguides", Applied Physics Letters, Vol. 65, № 4, p.394-396 (1994).

36. T.A. Strasser, A.E. White, M.F. Yan, P.J. Lemaire, T. Erdogan, "Strong Bragg phase gratings in phosphorus-doped fiber induced by ArF excimer radiation", Proc. of Optical Fiber Communication (OFC'95), San Diego, California, USA, WN2, p.159-160 (1995).

37. J. Canning, R. Pasman, M.G. Sceats, "Photosensitisation of phosphosilicate fibre Bragg grating", Proc. Conf. On Photosensitivity and Quadratic Non-Linearity in Glass Waveguides", Portland, Oregon, USA, p. 86-89 (1995).

38. J. Canning, H.G. Inglis, "Transient and permanent gratings in phosphosilicate optical fibers produced by the flash condensation technique", Optics Letters, Vol. 20, № 21, p.2189-2191 (1995).

39. T.A. Strasser, "Photosensitivity in phosphorus fibers", Optical Fiber Communication, Technical Digest, p.81-82 (1996).

40. H. Hosono, K. Kajihara, M. Hirano, M. Oto, "Photochemistry in phosphorus-doped silica glass by ArF excimer laser irradiation: Crucial effect of H2 loading", J. Appl. Phys., Vol. 91, № 7, p.4121-4124 (2002).

41. K. Sommer, J. Canning, "Photosensitisation within phosphosilicate optical fibres", Proc. Australian Conference on Optical Fibre Technology (ACOFT'2000), NSW, Australia, p.20-22 (2000).

42. J. Canning, M. Englund, K. Sommer, "Fibre gratings for high temperature sensor applications", Proc. 14th International Conference on Optical Fiber Sensors (OFS'2000), Venice, Italy, Postdeadline Papers, TH 7, p. 1-4 (2000).

43. T.-Y. Tien, F.A. Hummel, "The System Si02-P205", J. of The American Ceramic Society, Vol. 45, № 9, p.422-424 (1962).

44. L. Dong, L. Reekie, J.L. Cruz, D.N. Payne, "Grating formation in a phosphorus-doped germanosilicate fiber", Optical Fiber Communication (OFC'96), San Jose, California, USA, Technical Digest, Vol. 2, p. 82-83 (1996).

45. L. Dong, J.L. Cruz, J.A. Tucknott, L. Reekie, and D.N. Payne, "Strong photosensitive gratings in tin-doped phosphosilicate optical fibers", Optics Letters, Vol. 20, № 19, p. 1982-1984(1995).

46. E.M. Dianov, M.V. Grekov, I.A. Bufetov, S.A. Vasiliev, O.I. Medvedkov, V.G. Plotnichenko, V.V. Koltashev, A.V. Belov, M.M. Bubnov, S.L. Semjonov and

47. A.M. Prokhorov, "CW high power 1.24 цш and 1.48 (am Raman lasers based on low loss phosphosilicate fibre", Electronics Letters, Vol. 33, № 18, p. 1542-1544 (1997).

48. F.L. Galeener, J.C. Mikkelsen, R.H. Geils, W.J. Mosby, "The relative Raman cross sections of vitreous Si02, Ge02, B203, and P2O5", Applied Physics Letters, Vol. 32, № 1, p. 34-36 (1978).

49. M.A. Kurzanov, A.Z. Obidin, S.K. Vartapetov, Y.V. Larionov, A.A. Rybaltovskiy, "Excimer laser with extended coherence", Proc. Internal Conference of Lasers 2001, Tucson, USA (2001).

50. B.B. Атежев, C.K. Вартапетов, A.H. Жуков, M.A. Курганов, А.З. Обидин,

51. B.A. Ямщиков, "Условия эффективного возбуждения электроразрядного F2-лазера", Квантовая электроника, Т. 33, № 8, с.677-683 (2003).

52. Т. Erdogan, "Fiber grating spectra", J. Ligthwave Technology, Vol. 15, № 8, p. 12771294 (1997).

53. E. Mayer, D. Basting, "Excimer-laser advances aid production of fiber gratings", Laser Focus World, p.107-110 (2000).

54. V.G. Plotnichenko, V.O. Sokolov, V.V. Koltashev, E.M. Dianov, "On the structure of phosphosilicate glasses", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 306, p.209-226 (2002).

55. V.G. Plotnichenko, V.O. Sokolov, E.B. Kryukova, E.M. Dianov, "Hydroxil groups in phosphosilicate glasses for fibre optics", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 270, p.20-27 (2000).

56. B.A. Аксенов, A.B. Белов, E.M. Дианов, Г.А. Иванов, В.Г. Плотниченко, "Оптические свойства волоконных световодов с фосфоросиликатной сердцевиной", Журнал радиоэлектроники, № 2 (2000).

57. E. Regnier, B. Poumellec, P. Guitton, G. Manolescu, E. Bourova, L. Gasca, I. Flammer, P. Guenot, P. Nouchi, "Infrared optical properties of highly P doped silica fibres: a spectroscopic study", Glass Technology, Vol. 46, № 2, p. 99-102 (2005).

58. E.M.Dianov, V.V.Koltashev, V.G.Plotnichenko, V.O.Sokolov, V.B.Sulimov, "UV irradiation-induced structural transformation in phosphosilicate glass", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 249, p.29-40 (1999).

59. D. Ehrt, P. Ebeling, U. Natura, "UV Transmission and radiation-induced defects in phosphate and fluoride-phosphate glasses", J. of Non-Crystalline Solids, Vol. 263&264, p.240-250 (2000).

60. L. Skuja, "Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide", J. of Non-Ciystalline Solids, Vol. 239, p. 16-48 (2000).

61. G. Pacchioni, "Ab initio theory of point defects in S1O2", Proc. of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and related dielectrics: Science and Technology, Erice, Italy,Vol. 2, p. 161-195 (2000).

62. A.B. Ланин, K.M. Голант, И.В. Николин, "Взаимодействие молекулярного водорода с легированным кварцевым стеклом сердцевины при повышенных температурах", Журнал технической физики, Т. 68, № 12, с.61-66 (2004).

63. К. Awazu, Н. Kawazoe, М. Yamane, J. Applied Physics, "Simultaneous generation of optical absorption bands at 5.14 and 0.452 eV in 9Si02:Ge02 glasses heated under an H2 atmosphere", Vol. 68, № 6, 2713 (1990).

64. W.J. Stevens, H. Basch, M. Krauss, "Compact effective potentials and efficient shared-exponent basis sets for the first- and second-row atoms", J. Chemical Physics, Vol. 81, № 12, p.6026-6033 (1984).

65. T.R. Gundary, W.J. Stevens, J. Chemical Physics, "Effective core potential methods for lanthanides", Vol. 98, № 7, p.5555-5565 (1993).

66. A.M. Amado, P.J.A. Ribeiro-Claro, "Ab initio calculations on some transition metal heptoxides by using effective core potentials", J. of Molecular Structure (THEOCHEM), Vol. 469, № 1-3, p.191-200 (1999).

67. P.J.A. Ribeiro-Claro, A.M. Amado, "ECP-ab initio calculations om main group heptoxides and on large silicate systems", J. of Molecular Structure (THEOCHEM), Vol. 528, № 1-3, p. 19-28 (2000).

68. V.Grubsky, D.S.Starodubov, J.Feinberg, "Photochemical reaction of hydrogen with germanosilicate glass initiated by 3.4-5.4 eV ultraviolet light", Optics Letters, Vol. 24, № 11, p.729-731 (1999).

69. J.Canning, A.L.G.Carter, M.G.Sceats, "Correlation between photodarkening and index change during 193 nm irradiation of germanosilicate and phosphosilicate fibers", J. of Lightwave Technology, Vol.15, № 8, p.1348-1356 (1997).

70. Ю.В. Ларионов, A.A. Рыбалтовский, С.Л. Семенов. M.A. Курганов, А.З. Обидин, С.К. Вартапетов, «Исследование динамики преобразования точечных дефектов по наведенному показателю преломления», Квантовая электроника, Т. 33, № 10, с. 919-925 (2003).

71. D.Ramecourt, P.Niay, P.Bernage, I.Riant and M.Douay, "Growth of strength of Bragg gratings written in H2 loaded telecommunication fibre during CW UV post-exposure", Electronics Letters, Vol. 35, № 4, p.329-331 (1999).

72. D.L. Griscom, M.E. Gingerich and E.J. Friebele, "Radiation-induced defects in glasses: Origin of power-law dependence of concentration on dose", Phys. Rev. Letters, Vol. 71, №7, p. 1019-1022 (1993).

73. Ю.В. Ларионов, А.А. Рыбалтовский, С.Л. Семенов, М.М. Бубнов, Е.М. Дианов, «Особенности проявления фоточувствительности в фосфоросиликатных световодах с малыми потерями», Квантовая электроника, Т. 32, № 2, с. 124-128 (2002).

74. A.N. Trukhin, "Excitons, localized states in silicon dioxide and related crystals and glasses", Proc. of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and related dielectrics: Science and Technology, Erice, Italy, Vol. 2, p.235-283 (2000).

75. A.H. Трухин, А.Г. Боганов, И.Т. Годманис, "Фундаментальное поглощение кварцевого стекла и кристаллического кварца в коротковолновой УФ области спектра", Физика и химия стекла, Т. 6, № 4, с.507-508 (1980).

76. Н. Ibach, J.E. Rowe, "Electron orbital energies of oxygen adsorbed on silicon surface and of silicon dioxide", Physical Review B, Vol. 10, № 2, p.710-718 (1974).

77. Е.М. Дианов, B.B. Колташев, В.Г. Плотниченко, В.О. Соколов, В.Б. Сулимов, "Изменение структуры фосфорно-силикатного стекла под действием УФ излучения", Физика и химия стекла, Т. 24, № 6, с.693-710 (1998).

78. Ю.В. Ларионов, А.А. Рыбалтовский, С.Л. Семенов, М.А. Курзанов, А.З. Обидин, "Исследование динамики и преобразования дефектов в фосфоросиликатных световодах по наведенному показателю преломления", Квантовая электроника, Т. 33, № 10, с. 919-925(2003).

79. K.M. Голант, B.B. Тугушев, "Механизм и особенности фотоиндуцированной электронной перестройки кислородной вакансии в легированном кварцевом стекле", Физика твердого тела, Т. 41, № 6, с.1019-1025 (1999).

80. К. Saito, Н. Kakiuchida, A.J. Ikushima, "Light-scattering study of the glass transition in silica, with practical implications", J. of Applied Physics, Vol. 84, № 6, p. 1307-1312 (1998).

81. H. Kakiuchida, K. Saito, A.J. Ikushima, "Dielectric relaxation in silica glass", J. of Applied Physics, Vol. 86, № 11, p. 5983-5987 (1999).

82. O.V. Butov, K.M. Golant, A.L. Tomashuk, "Material dispersion and spectral dependence of photorefractive effect in silica glasses for fiber optics", In XIX International Congress on Glass, Edinburgh, Scotland, Great Britain, Vol. 2, p.53-54 (2001).

83. E. Salik, D.S. Starodubov, J. Feinberg, "Increase of photosensitivity in Ge-doped fibers under strain", Optics Letters, Vol. 25, № 16, p. 1147-1149 (2000).

84. J. Stone, "Interactions of hydrogen and deuterium with silica optical fibers: a review", J. of Lightwave Technology, Vol. LT-5, № 5, p. 712-733 (1987)