Люминесцентные и генерационные свойства в области 1,3 мкм активированных редкоземельными ионами фторосодержащих стекол тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Р Г Б ОД ИНСТИТУТ ОБШЕЙ ФИЗИКИ

1 6 ОПТ

На правах рукописи УДК, 535.2

ГЛЛАГАН Борис Иванович

Люминесцентные: и генерационные свойства в области 1,3 мкм

активированных редкоземельными ионами фторсодсржаших стекол

01.04.21 - Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физнко-математических наук

У

Москва 1995

Работа выполнена в отделе физики твердого тела Института общей физики РАН

Научные руководители: доктор физико-математических наук

Б. И. Денкер

кандидат физико-математических наук С.Е. Сверчков

Официальные оппоненты; доктор физико-математических наук,

профессор В. А. Смирнов кандидат физико-математических наук А. А. Изынеев Ведущая организация ГП НИИ "Полюс"

Зашита диссертации состоится "3$' /(? 1995 г. в /Учас. на заседании Диссертационного совета К-003.49.02 Института общей физики РАН по адресу: 117942, г.Москва, ул.Вавилова, 39. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОФ РАН.

Автореферат разослан "2/1" 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат физ.-мат- наук

Т. Б. Воляк

0Б111АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность задач, решаемых в диссертации, связана с Сходимостью создания эффективных усилителей для волоконно-'нчсских линий связи {ВОЛО, со значительным интересом к новым ивиьш материалам для лазеров с диодной накачкой.

Высокая прозрачность в ИК области и <~кяланнцс с ней низкие фости многофононнон релаксации (МФР) возбужденных состояний поземельных ионов (РЗИ) в галогенндных стеклах наряду с шожностью изготовления из них оптических волокон позволяют давать новые эффективные лазеры, генерирующие в широком ?ктрлльном диапазоне от видимой до средней ИК области спектра, злизуя недоступные в кислородсодержащие стеклах схемы • крайни и накачки РЗИ.

Фторсолержащие стекла, активированные нонами Рг3* или \(13\ ляются наиболее .перспективными активными средами ллл тичееккх усилителей ВОЛ С. работающих на длине волны 1.3 чкч

Основные проблемы, с которыми приходится сталкиваться при ..фаботк'" оптических усилителей в области 1,3 мкм связаны со едуюшими обстоятельствами.

1. Среды, активированные неодимом, "страдают" возбужденным м'лошением на 1.3 мкм, обусловленным электронным переходом

В диссертацию вошли результаты исследований, выполненных в ;риод с 1992 по 1995 гг. в рамках программ и проектов, поддерживавшихся AT&T Bell Lab. США (контракт №133615 от 05 августа >92), Международным Научным Фондом Сороса (грант №54300) и оссийским фондом фундаментальных исследований (проект 279).

2. Наличие у ионов Рг^ близко расположенного к верхнему лазерному уровню 10} уровня приводит к быстрой многофононной безызлучательной релаксации. Одновременно с этим у ионов Рг3+ наблюдается сильное концентрационное тушение люминесценции, вызванное кросс-релаксацией энергии возбуждения через нижележащие уровни.

3. Непосредственная оптическая накачка Рг3* возможна только в верхний лазерный уровень которому соответствует слабая линия поглощения (на А-1,02 мкм), находящаяся вдали от спектральных областей излучения наиболее доступных источников оптической накачки, в частности лазерных АэЛЮа-днодов.

Целью .настоящей работы являлся поиск активированных РЗИ

стекол, перспективных для создания лазеров и усилителей в области 1.3 мкм, в том числе празеодимовых стекол, сенсибилизированных под диодную накачку в области 0.8 мкм.

Научная новизна.

Найдены составы стекол со смещенной в коротковолновую область спектра длиной волны генерации на переходе 4Рд/2—н ослабленным возбужденным поглощением.

Предложены, обоснованы и исследованы две схемы сенсибилизации люминесценции празеодима с переносом энергии возбуждения по цепочкам >\Ъ3+—>Рг3" и Ег3+—>УЬ3+—>Рг3+,

позволяющие существенно расширить спектральную область накачки празеодимовых стекол. Определены функциональные зависимости скоростей переноса возбуждения от концентрации иттербия во фторалюминатном стекле на различных стадиях переноса энергии , между ионами Ж3+—>УЬ3+—>Рг3\ Установлено, что обратный перенос возбуждения Рг3'—>УЬ3+ не играет существенной роли

Л1 Q

плоть до концентраций Yb" 6*10 см" . Определены условия ысокой эффективности передачи энергии в предложенных енсибнлнзаиионны.х схемах, сформулированы требования к составам" гекол, в которых эти условия могут реализоваться и найдены хтавы таких стекол.

Практическая ценность работы Результаты работы позволяют асшнрить спектральную область генерации лазеров на основе гекол, активированных P3W, расширяют возможности использования ля накачки дешевых диодных лазеров. Предложенные а исследованные работе составы стекол могут быть использованы для создания на х основе оптических усилителей 1.3 мкм диапазона с диодной акачкой.

Предложенные в работе сенсибилизаиионные схемы и результаты

.'следовании особенностей передачи энергии возбуждения по этим «.мам могут быть использованы при разработке новых лазерных атериалов.

Апробация работы Материалы диссертации докладывались к Осуждались на семинарах отдела физики тв'.рдего тела ИОФ РАК. :минарах AT&T Белл Лаборатории а также на следмоших еж дун а родны ч конф^рен ния X:

>94 Fall Meeting MRS,Nov.27 - Dec 2 1994,Boston,МА(два доклада), ivanced Solid-Stale Lasers, February 7-10, 1994, Salt Lake ity, Utah; OPTO 95, Paris, France, 28-30 Магэ(два доклада).

Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 9 убликациях, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из »едения, четырех глав, заключения, двух приложений,списка цити-^емой литературы из 109 наименований. Общий объем диссертации вставляет 117 страниц, включая 25 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическое значение, кратко изложено основное содержание частей и разделов диссертации, а также приведены сведения о публикациях и апробации работы.

Первая глава является обзорной. В ней кратко дается представление об основных подходах к поиску материалов перспективных для создания оптических усилителей в области 1,28-1,32 мкм. Описаны результаты исследований генерационных и усилительных свойств активированных неодимом стеклянных волокон на базе стекол различных составов, отмечена зависимость возбужденного поглошения неодима в области 1.3 мкм от типа материала и преимущества фторндных стекол по сравнению со стеклами других составов.

Большое внимание в данной главе уделено описанию спектрально- люминесцентных свойств празеодима в стеклах с низкими скоростями МФР, результатам исследования усилителей на празеодимовых волокнах и обсуждению проблем оптической накачки таких усилителей. Как следует из анализа литературы в некоторых работах предлагается использовать нон УЬ3* как сенсибилизатор люминесценции иона Рг3", что позволяет значительно расширить допустимую спектральную область оптической накачки празеодимовых усилителей. Однако, эксперименты по сенсибилизации проводились в стекле гВЬАЫ при ограниченных, из-за возможностей матрицы, концентрациях иттербия 0.2 мол.% и дали низкий (менее 30% ) квантовый выход передачи электронного возбуждения с иона УЬ3* на Рг3+. Поэтому, при работе с литературой наши усилия были

сосредоточены на поиске составов оптических стекол, допускающих введение ионов концентрации до (2-4)*1021см""3- Поиск

таких стекол привел, в частности, к барий-нндий- галлий-торнсвому фторидночу стеклу"', состав которого отличается о\ других Известных составов фторидьь'х стекол высокой концентрацией Н7ч оп-ут'-.тгясм легких моментов (н&прлмср алюминия). Последнее дает надежду на достижение минимальных скоростей МФР электронные возбуждений активаторов.

Во второй главе приведены составы стекол, .методики их приготовления, использованные методы исследования и аппаратура.

Для достижения поставленной цели потребовалось разработать технологию приготовления стекол и синтезировать более чем 100 образцов стекол различных составов, создать аппаратуру и освоить методики измерения люминесцентных и динамических; характеристик-возбужденных РЗИ, оиеьить усилительные свойства стекол, определить спектроскопические характеристики РЗИ в стеклах, опираясь на разработанные и стандартные техники измерения и расчетов.

В классе неодимсодержзшнх стекол были исслсдовзни некоторые известные кислородсодержащие стекла, такие как ЛГС-Т. ГЛС-22. 1.HG-8, К НФС. а также стекла экспериментальных составов ¡алюмосиликатное, галогенидные типа ZBLAN и фторгафнатные аналоги, фторфосфатные стекла со смешанными стеклообразователями). Всего более 30 образцов стекол различных составов. Наиболее подробные исследования проводились на алгомофторфосфатном стекле со следующим базовым составом:

J. L Adam, F. Smektala, J. Lucas. Bari um-indium-gallium-based fluoride glasses for active infrared optical fibers. J. Non-Crysl. Solids, v.140,pp.31-34(1992).

ЗЗА1Р3^МР3+12СаР2ч42МяР2+123гР2+12ВаР2+5ЫаР+5Р205

В классе празеодимсодержаших стекол наиболее подробно были исследованы стекла следующих базовых составов:

1. Фторалюминатное стекло: 30А1Рэ+2(ШеР3+25РЬР2+10Д%Р2+15ВаР2>

где Яе - редкоземельный элемент или иттрий.

2. Фторгафнатное стекло-.

45ШР4+ 25ВаР2+ 15РЬР2+ ШеР3+ 4А1Р3+ ИпРа, где 1*е -редкоземельный элемент иттербий или лантан.

3.Барий-индий-галлий-ториевое фторидное стекло : ЗОВаБ. + 181пР„ + 120аР, + 202x17. +ШеР- + 6ТЪР, + 41гРл

2 3 3 2 3 4 4

Здесь Ре- иттербий или лютеций.

В этой, же главе даны описание установок, схем измерения и методик расчета характеристик стекол. Для проведения комплексного изучения спектрально-люминесцентных и генерационных характеристик стекол с различными активаторами потребовалось использовать различные типы лазеров, большинство из которых были созданы в процессе исследований:

1. Лазер на парах меди - ИЛГИ-101 Л,=0.511 мкм и А2=0.578 мкм

2. Диодный лазер производства ГП НИИ "Полюс" А=0.809 мкм

4. Лазер на александрите тиип= мкс' 0 750 мкм

5.Лазер на АИГ-М3* +КТР т=10 не, А=0.532 мкм.

6.Лазер на рубине А=0.69 мкм

7. Лазер на АИГ-М3* А=0.946 мкм

8. Перестраиваемый неодимовый лазер на фосфатном

стекле А=1.04-1.053 мкм

9. Эрбиевый лазер на фосфатном стекле А=!.54 мкм

В лазерах 6-9 длительность импульса т=0.5-1 мкс обеспечивалась НПВО-затвором.

В третьей главе приводятся результаты исследований

спектрально- люминесцентных и генерационных свойств в области 1.3 мкм нсодимовых стекол.

Гак как, прямые измерения усилительных" свойств нсодимовых------

стекол во всем спектральном диапазоне люминесценции встречают определенные трудности, в частности, связанные с необходимостью изготовления волокон, то исследования проводились несколькими косвенными методами, каждый т которых позволял оцени»<«7ь асрспсктязпость конкретного состава для оптических усилителей и возможное влияние возбужденного поглощения. В частности, первый - это исследование спектров поглощения с последующими расчетами соответствующих сил линий перехода по методу Джадда- Офельта и второй -это измерение длин волн генерации и сравнение их с положением максимума спектра люминесценции /накачка осуществлялась излучением лазера на-александрите).

На рис.1 приведены спектры люминесценции и указаны длины волн генерации N<1"*. в некоторых из исследованных стекол. !¡аблюлаемое последовательное смешение спектров лючкнь.и^ншш и генерации в коротковолновую область при переходе от алюмосиликатного к фосфатному и фторидным стеклам находится в соответствии с известными представлениями о преимуществе фторидных составов для получения генерации в требуемом для ВОЛС спектральном диапазоне 1.28-1.32 мкм и о зависимости влияния возбужденного поглощения на генерационные свойства этих стекол от состава стекла. Так, а алюмосиликатном стекле, несмотря на сто высокое оптическое качество, порога генерации достичь удалось.

Минимальные длины волн максимумов полос люминесценции неодима в районе —1.318 мкм наблюдались в стеклах с высоким

содержанием фторидов, в первую очередь 2гР4 и №Р4. В многокомпонентных фторидных стеклах со стеклообразователем А1Р3, несодержавших ионов циркония и гафния, положение максимума было смешено примерно на 2 нм в длинноволновую область спектра. При этом, как правило, длина волны генерации была смешена от положения максимума люминесценции в длиноволновую область примерно на 20 нм. Все предпринятые попытки модифицировать фторцнрконатнын состав стекла типа ИВЬШ, такие как замещение Р~ на СГ или на РО~ , переход к смешанным составам., содержащим ггР4 и А1Р3> не приводили к заметному смешению длины волны генерации в сторону максимума люминесценции. Напротив, это приводило к ухудшению устойчивости стекол, что затрудняло получение образцов высокого оптического качества. В тоже время было установлено, что при небольшом содержании СеС13 (-1 мол.%) оптическое качество образцов повышалось.

Исключительным явился тот факт, что, в противоположность фторцнрконатным или фторгафнатным стеклам, выбранные составы многокомпонентных адюмофторфосфатных стекол позволяли без заметного ухудшения качества стекла менять содержание двухвалентных катионов и натрия в широких пределах, а длины волн генерации N<1^ в этих стеклах оказались сильнозависимыми от состава. Целенаправленный поиск позволил найти два различных состава многокомпонентных адюмофторфосфатных стекол, у которых длины волн генерации в области 1.32 мкм совпадают с максимумами полос люминесценции. При этом, вследствие малого содержания фосфатов в стекле (2.5-10 мол.% в пересчете на окись фосфора Р^^ спектры люминесценции неодима в них очень близки спектрам в чисто фторидных. стеклах.

Изучение спектров поглощения н расчет по методу Джадда-

Офельта показали, что спектроскопические свойства иона неодима в алюмофторфосфатных стеклах исследованных составов практически идентичны. Сравнение свойств неодима в и в этих стеклах _

покачало, что значения отношений сил линий генерационного перехода —>4*13/2 перехода связанного с возбужденным

поглощением ,рз/2—'^//г близки (2.87 и 2.6

соответственно). Наблюдавшееся в спектрах поглощения алюмофторфосфатных стекол большее, чем в ZBLAN растепление уровня 4Р3/2 М3* указывает на большее уширение полосы возбужденного поглощения. Этот факт позволяет надеяться, что во алюмофторфосфатном стекле возбужденное поглощение будет оказывать меньшее влияние на генерационные характеристики М<13+, чем в стекле 2ВЬАМ. К сожалению отсутствие активированных ВОЛОКОН к алюмофторфосфатных стекол затруднило исследование ■ усилительных свойств алюмофторфосфатных стекол и не позволило определить коротковолновый край усиления.

Полученные во второй главе результаты позволяют выделить составы фторалюминатных стекол с добавками фосфатов как перспективные для получения наиболее коротковолновой генерации и дальнейших исследований по созданию неодимовых оптических усилителей для ВОЛС

В четвертой главе . описаны результаты исследований празеодимовых стекол.

С целью расширения спектральной области оптической накачки празеодимовых стекол в главе прдлагаются и исследуются две схемы сенсибилизации люминесценции Рг3": Х<13+—»УЬ3*—>Рг3+ и Ег3+—>УЬ3+—>Рг3+. При выборе состзва основы

сенсибилизированных стекол среди прочих принималось во внимание следующее требование - для достижения максимальной эффективности

персдачи энергии возбуждения матрица должна допускать введение высоких концентраций УЬ3+ (до 4-5-1021 см-3) при сохранении высокого оптического качества. На основе анализа литературных данных и проведенных в настоящей работе исследований для более детального исследования эффектов сенсибилизации, как было отмечено в главе 2, были выбраны фторалюминатное, фторгафнатное и барий-индий-галлий-ториевое фторидное (ВЮагУЬТЕг) стекла.

Концентрационные зависимости времени жизни уровня иона Рг3+ в исследованных стеклах приведены на рис.2. Излучательные времена жизни тга 11 возбужденных состояний УЬ3" и 4Р3/„

1\'(13+, измеренные при малых концентрациях активаторов, соответственно составили 1650 и 460 мкс для фторалюмннатного стекла, 1500 и 315 мкс для фторгафнатного и 1500 и 430 мкс для ВЮа2УЬТгг.

Наиболее полное изучение взаимодействия ионов Ш3+, УЬ3+, Рг3* было проведено с использованием в качестве модельного фторалюминатного стекла. Для исследования передачи энергии возбуждения с УЬ3* на Рг3' были синтезированы концентрационные серии образцов модельного стекла с варьируемым содержанием УЬ3+ с добавкой 0,2 мол. % РгР3 (концентрация Рг3* -4,23Ч010 см-3) и без добавки празеодима. Концентрационные зависимости скоростей тушения иттербия приведены на рис.3. Скорость тушения определялась по формуле:

\У=4/т-1/т1аа

где г - наблюдаемое время затухания в "е" раз люминесценции иттербия. Кинетики затухания люминесценции были близки к экспоненциальным.

Все три зависимости, изображенные на рис. 3 в двойном логарифмическом масштабе, удовлетворительно ложатся на прямые. Сохранение вида функциональной зависимости (Муь) вплоть до

Л4 Ч

лшснтраиий ~ 6,3*10 си служит косвенным свидетельством ^существенности обратного переноса энергии Рг3+—>Yb3+.

Степень роста ц=- - -у зависимости 3 "(тушение- Yb3+ на -■- -----

•i,

г ) составляет 1,6 ± 0,1, а для зависимости 1 (тушение на ^контролируемых примесях) у= 2,7 ± 0,1. Из того факта, что гспени роста различаются примерно на единицу следует, что эльшая часть неконтролируемых тушашнх примесей заносилась в гекло именно с фторидом иттербия.

Исходя из химических и люминесцентных свойств редкоземельных энов было предположено, что основной тушашей примесью в YbF3 вляется диспрозий и оценено содержание DyF3 как 0,015 мол. % в гактиве фторида иттербия.

Кривая 4 на рнс.З отражает зависимость обратного времени изнн возбужденного состояния 4Р3/2 Nd3" (концентрация Nd3"" •1019 см"3} от концентрации Yb3'. Характерное время затухания в раз люминесценции неодима изменялось от 155 мке в образце одержавшем 2,1*Ю20 - см"3 ионов Yb3' до 5 мке в образце

о о

одержавшем 4,2*10 см ионов Yb . Такое сокращенно андетельстаует об эффективной передаче энергии от ионов Nd3" к онам Yb3+ Аналогичные концентрационные зависимости были сследованы для фторгафнатного стекла и стекла BIGaZYbTZr.

Исследования, проведенные на образцах фторалюминатных стекол озволили кроме того определить по кинетикам затухания юминесиениии доноров микропараметры взаимодействия CDA(Nd3+->Yb3+)=10,6-10_4ü cmV1 и Cp^Nd3"—>Рг^)-2*Ю"39см6с-' и делать вывод о практическом отсутствии обратного переноса нергин от ионов Yb3+ к ионам Nd3+ и от ионов Рг3+ к ионам Nd3+ ри концентрациях Nd3+ до 1*1019 см"3

Экспериментально оптимальная концентрация ионов Рг3+ опреде-

лялась из сравнения интенсивностей люминесценции на длинах в 1,32 мкм (где люминесцируют как Рг3\ переход 504—>3Н5, та; Кс!3*, переход —>4'13/2) и 0,868 мкм (где люминесцщ Мс13+, переход —>41д/2), в образце, содержащем только Г и в неодим-иттербиевых образцах с переменной концентрацией Р Для возбуждения люминесценции в этих эксперимек использовалось излучение лазера на парах меди (0.511 мкм).

Анализ экпериментальных данных показал, что фторалюминатных стеклах и стекле ВЮа2УЬТгг интенсивно люминесценции Рг3+ (переход ^—>ЭН3) при его оптималь концентрации значительно превосходит интенсивность остаточ люминесценции \!<13" (переход ^Р3/2—>'!113/2). Во фторгафнатном стекле интенсивность люминесценции празеодима даже оптимальной его концентрации была почти .вдвое сл; люминесценции неодима. Это обстоятельство свидетельствует о 1 что влияние ионов неодима на усилительные свойства та* двухкратно сенсибилизированного стекла при накачке в пол поглощения неодима может оказаться значительным. Однако, этс препятствует использованию описываемого стекла в празеодимо усилителях при накачке в полосу поглощения УЬ3*.

Результаты определения оптимальных концентраций Рг3' значений люминесцентного времени жизни уровня Рг3+ и вели квантового выхода переноса энергии от ионов УЬ3+ к ионам Рг3 от Ш3* к УЬ3+ в исследованных стеклах при оптималь концентрациях Рг3+ приведены в таблице 1. В этой же табл приводятся расчетные значения параметров стекол в сл) отсутствия дополнительных тушашнх люминесценцию иттер примесей. Как следует из полученных результатов во всех сте> наблюдается умеренное коиентрационное тушение люминесцен

]разеодима и достигаются высокие эффективности безызлучательной 1ередачи-энергии при концентрациях иттербия более 1021 см"3. При »том, в наиболее перспективном стекле ВЮа2УЬТ7г время жизни юзбужденкого состояния празеодима при оптимальной концентрации >лизко к его значениям в стекле 7.В1ЛГ\!(~П0 мкс)

Для детальных исследований Ег3+—>УЬ^—>Рг3<

енсибилизационной схемы было выбрано фторидное стекло МОа2УЫ7г Изучение снектров и интенсивности люмнигснтепии бразиов данного стекла в трех спектральных областях (1 мкм, 1.3 !км и 1.5 мкм), при накачке лазерным АЮаАэ-диодом в полосу оглашения эрбия на 0.8 мкм, позволили сделать вывод о высокой вантовой эффективности передачи энергии от иона Ег3г к ионам Ъ3+. Полная же квантовая эффективность передачи энергии __в_ истсмс Ег3"—-Л'Ь3^—>Рг°" должна определяться эффективностью в-вене УЬл"—>Рг3' , которая для стекла ВЮа'/УЬТ2г составляет при птималькой концентрации Рг^ около 70% .

Исследование взаимодействия ионов Ег"и и Рг"* в данном текле позволили сделать заключение, что при ожидаемых рабочих ониентраияях ионов РГ5"~2*101*' см",! и Ег3'~10!" см"3 епосредственное взаимодействие между ними не будет играть у'Шсственной роли Ограничение рабочей концентрации г3+-10'9см~3 важно для уменьшения вероятности обратного ереноса энергии от ионов УЬ3' к ионам Ег3+ и для уменьшения пияния нелинейных процессов, скорости которых пропорциональны эниентраиии возбужденных ионов Ег3+.

Приведенные в главе теоретические расчеты коэффициентов ;иления празеодимовых волокон при различных способах накачки шдетельствует о том, что квантовая эффективность накачки ¡ненбилизированных волокон из стекла ВЮагУЬТгг может быть

блнзка к таковой для празсодкмовых волокон из стекла ZBLAN' е области значений инкремента усиления менее 2.

В приложении 1 изложены результаты генерационный исследований в области 1.3 мкм концентрированных неодимовы). фосфатных стекол(КНФС) при ламповой накачке.

В приложении 2 показана возможность получения генерации при комнатной температуре в кристаллах У2ЗЮ5:СИ+ .

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации решена задача по смешению длины волны генерации неоднмовых. стекол в коротковолновую область спектра люминесценции неодима на переходе 4Р3/2—>4113/2 и задача расширения спектрального диапазона накачки празеодимовых стекол. При это^ были получены следующие наиболее существенные результаты:

1. Синтезировано и исследовано более 100 образце! фторсодержаших стекол различных составов, активированных нонами Н(13+ и Рг3+, создана аппаратура для исследований, изучены люминесцентные и генерационные свойства активированных образцов стекол в области 1.3 мкм.

2. Найдены составы неоднмовых стекол со смешенной £ коротковолновую область спектра длиной волны генерации нг переходе 4Р3/2—>4'1з/2 ^^ н ослабленным возбужденнь№ поглощением М3' в области 1.32 мкм.

3. Предложены и исследованы в различных типах фторидны) стекол две схемы сенсибилизации люминесценции ионов Рг3*: М3+ —>УЬ3+ —>Рг3+ и Ег3+ —>УЬ3+ —>Рг3' . Показано, чте использование таких сенснбнлнзационных схем сушественнс

юширяет спектральный диапазон оптической накачки Рг3+,

>еспечивая-----эффективную передачу энергии электронного

»буждения к ионам Рг3\

4. Определены функциональные зависимости скоростей переноса »буждеиия от концентрации иттербия во фторалюминатном стекле i различных стадиях передачи энергии между ионами \!d3* ->Yb3+ и Ь3т ->Рг3\ Получены свидетельства того, что обратный перенос ззбуждскпя Рг3' ->Yi>3" не играет существенной роли вплоть до >нцентрацнй Yb3~ 6*1021 см""3 Найдены оптимальные значения жцентраций активаторов.

5. Установлено, что стекло BíGaZYbTZr, активированное РЗИ d3t, Er3% Yb3+, Рг3+ по совокупности спектроскопических юйста является наиболее перспективным материалом для 1.3 мкм элоконных усилителей с накачкой AlGaAs лазерными анодами

ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЦИОССРТЛЦИИ

В I Galagan. В. (Denker. V V.Osiko, S.E Sverrhkov Prepa-it ion and investiga! ion oí neodyniium glasses In.Optical nplifier materials for 1.3 pm. Final Report,1993, Con tract AT&T el! Lib. Nn 133615,August 5,1992, p 189

B.LGalagan. B. I.DenRer, V.V.Gsiko, S. E.Sverchkov. Prcpa-rtion and investigation of praseodymium glasses. Там же, p.207.

Б.И.Галаган, Б И Денкср, В.ВОсико, В.В Мопартов, Е.Сверчков. Исследование лазерных свойств стекол, стнвированныч неодимом в спектральной области 1 3 мкм и

шия стекла. ¡994,t.2G,j44,c.533.

А.Г.Аванесов, Б.И.Галаган, 5. И.Дснкер, В. В. Осико, . В. Шестаков, С. Е. Сверчков. Лазерная генерация ортосиликата гтрия с XPOMOM(ÍV) при комнатной температуре.

-IЬг

Кв.электроника,1994,т.21,Н23,с.216.

5. A.G.Avanesov, В. I. Galagan. B.I.Denker, V.V.Osiko, A.V.Shestakov. S.E.Sverchkov. Room temperature laser action of Y2SiOs:Cr4+ crystal. In: Advanced Solid-State Lasers,Technical Digest, February 7-10, 1994, Salt Lake City.Utan, pp. 30-32.

6. B. I.Galagan. B.t.Denker, V.V.Motsartov, V.V.Osiko, S.E.Sverchkov. Er-Yb-Pr Coactivated Fluoride Glass: a Promising Material for 0.8 ptn Laser Diode Pumped 1.3 pm Optical Amplifiers. in:OPTO 95,France, Paris,28-30 Mars, pp.237-241.

7. B. l.Galagan. B.I.Denker, V.V.Motsartov, V.V.Osiko, S.E.Sverchkov. Pr-Activated Glasses for 1.3 м-m Fiber Amplifiers: Nd-Yb sensitization for 0.8 pm AlGaAs Laser Diode Pumping. Там же, pp. 242-246.

8. В. I. Galagan, B.I.Denker, LN.Dmitruk, E.E.Linina, V.V.Motsartov, V.V.Osiko, S.E.Sverchkov. 1.3 jm lasing properties of Nd ions in glass hosts. In:1994 Fall Meeting MRS,Nov.27-Dec.2 1994, Boston,MA,p.729.

9. T.T. Basiev, P.M. Briden bagh, LM.Demianets, B. I.Der.Ker, LN.Dmitruk, B. I.Galagan, R.A.Laudise, E.E.Linina, V.V.Motzartov, G.Nykolak, V.V.Osiko, K.Pukhov, B.P.Sobolev, S.E.Sverchkov, G.A.Thomas, W.Wilson. Praseodymium as an active ion for optical waveguide application. Там же, p.729.

Рис.1. Спектры люминесиснцин неоднмовых стекол. 1- алюмофторфосфатное, 2- фосфатное, 3 -алюмосиликатное. Стрелки на рисунке указывают наблюдаемые длины волн генерации.

М^ЛО20 см"3

Рт

Рис. 2. Концентрационные зависимости времени затухания люминесценции Рг3* в различных стеклах. • - фторалюмннатное, А - фторгафнатное, ■ - В1Са2ЬиТгг.

Верхняя точка для стекла ВЮагЬиТгг определена на образце с 2.МО19 см "3 ионов Рг3+ на "хвосте" кинетики затухания люминесценции и является оценкой времени жизни при N„—>0.

10е

ю-

[0'

,4 .

[0

3 .

-.1. , I

0.1

МуЬ 1021 см"3

10"

Рис.

Зависимости скоростей миграиионно- ускоренной

передачи энергии с ионов УЬ3+ на ионы Рг3" и неконтролируемые

примеси, а также обратного времени жизни возбужденных ионов N<1' от содержания УЬ3* во фторзлюмннатном стекле.

Г} А

1- Скорость миграиионко-ускоренного тушения УЬ неконтролируемыми примесями.

2- Скорость передачи энергии с ионов УЬ3" на ионы Рг' (N^=4,2*10 см ) и неконтролируемые примеси. 3 - Расчетная скорость передачи энергии УЬ3*—>Рг3+.

4- обратное время жизни возбужденных ионов N<1'

3+

Таблииа 1. Люминесцентные времена т ионов .М<13+ и Рг3+,

квантовые эффективности ъ переноса энергии в парах :\<13 +—УЬ3+и УЬ3+—Рг3* в I празеодима Г*!,

УЬ3+—Рг3т в исследованных стеклах при оптимальном содержании

'Рг

Параметр фторалюминатное фторгафнатное ВЮаХУЫ2г

ЫЕ1? 101& спТ3

Рг

Т..., МКС КсГ

Муь, 1021 сггГ3

тХУЬ—>Рг) ' >УЬ)

трг, мкс

8,4(2,1)* 3,5

4,2

0,69(0,77) 0,993

30(49)

3,8(2,8) 40

1,2

0,69(0,83) 0,89

50(55)

3,3(2,2) 17

2,2

0,66(0,87) 0,96

80(105)

*' В скобках указаны расчетные значения параметров для случая полного отсутствия примесей, тушашнх люминесценцию иона иттербия.