Оптические свойства и радиационная стойкость эрбиевых волоконных световодов на основе фосфороалюмосиликатных стекол тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ
|
Зотов, Кирилл Вячеславович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2010
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.21
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
ЗОТОВ КИРИЛЛ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЭРБИЕВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ НА ОСНОВЕ ФОСФОРОАЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ
Специальность: 01.04.21 - лазерная физика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
-7 он< 2т
Москва-2010
004609873
Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики РАН
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,
Лихачев Михаил Евгеньевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор, Денкер Борис Ильич ИОФ РАН, г.Москва
кандидат физико-математических наук, Мелькумов Михаил Александрович НЦВО РАН, г.Москва
Ведущая организация: Научно-исследовательский институт
ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, г.Москва
Защита состоится " 48 "оУСтЛ^иА 2010 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.063.03 в Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН по адресу: 119333, г.Москва, ул. Вавилова, д.38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН.
Автореферат разослан 'Ч1! "еИ)СПа.д^Л2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат физико-математических наук .___/Воляк Т.Б./
тел. 8 (499) 503-8147
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Успехи в области квантовой электроники - создание когерентных источников оптического излучения (лазеров) - инициировали поиск возможностей использования оптического диапазона для передачи информации. На протяжении 1970-1980 гг. были разработаны волоконные световоды на основе кварцевого стекла с оптическими потерями, приближающимися к теоретическому пределу [1]. Однако увеличение протяженности линий оптической связи, увеличение числа каналов и скорости передачи информации потребовало создания широкополосных усилителей оптического излучения. Удачным решением этой проблемы стали усилители, выполненные на базе волоконных световодов, сердцевина которых легирована оксидом эрбия (далее, эрбиевых световодов) [2,3]. Основным достоинством таких усилителей является рабочий диапазон 15301570 нм, совпадающий с областью минимальных оптических потерь волоконных световодов на основе кварцевого стекла. Кроме того, эрбиевые волоконные усилители отличаются высоким коэффициентом усиления, не зависящим от поляризации излучения, низким уровнем собственных шумов, возможностью увеличения числа усиливаемых каналов и отсутствием перекачки энергии между каналами. Многочисленные работы, посвященные совершенствованию эрбиевых световодов (ЭС) и исследованию их свойств, привели к появлению новой области квантовой электроники, связанной с волоконными лазерами и усилителями.
Несмотря на то, что основным применением ЭС на данный момент остается усиление оптического сигнала в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), возникло большое количество специальных приложений, в которых используются ЭС: люминесцентные источники в волоконных гироскопах, непрерывные лазеры и лазеры ультракоротких импульсов в области 1.55 мкм и др. Расширяющийся список приложений, в которых применяются ЭС, предъявляет все новые требования к характеристикам ЭС,
3
зачастую гораздо более жесткие, чем те, которые необходимы для ВОЛС. В частности, существенное увеличение выходной мощности эрбиевых лазеров и усилителей, ставшее возможным благодаря появлению эффективных одномодовых и многомодовых полупроводниковых источников накачки, ограничивается нежелательными нелинейными эффектами в сердцевине ЭС, такими как фазовая самомодуляция (в случае лазеров ультракоротких импульсов), рамановское и бриллюэновское (в случае одночастотных лазеров) рассеяние. Для увеличения порога нелинейных эффектов необходимо без значительного снижения эффективности ЭС существенно увеличивать диаметр поля моды активного световода, с одной стороны, и уменьшать его рабочую длину за счет увеличения концентрации редкоземельных элементов, с другой стороны. Однако в случае разработанных для ВОЛС ЭС с алюмосиликатной сердцевиной, выполнение данной задачи сталкивается с рядом проблем. Для сохранения одномодового режима работы при увеличении диаметра поля основной моды необходимо уменьшать разность показателей преломления сердцевины и оболочки световода. Достигнуть этого можно путем уменьшения концентрации оксида алюминия в сердцевине, который, однако, необходим для повышения растворимости ионов эрбия. Таким образом, увеличение диаметра поля моды в ЭС, изготовленных по стандартной технологии, сопряжено с существенным падением эффективности их работы [4].
Также в настоящее время все более активно обсуждается возможность использования различных устройств на основе ЭС в открытом космосе либо на околоземной орбите. Многообещающим, в частности, представляется создание оптической связи спутник-спутник или спутник - Земля, что связано с высокой прозрачностью атмосферы в области 1.55 мкм. Все больший интерес представляет использование лидаров (англ. акроним Lidar -light detection and ranging - лазерные локаторы, используемые для зондирования толщи моря, морской. и земной поверхности, атмосферы). Перспективным является использование в составе суборбитальных аппаратов компактных волоконных гироскопов, в которых обычно применяются суперлюминесцентные источники на базе эрбиевых световодов. Все эти
4
применения сопряжены с работой в условиях повышенного радиационного фона, который может оказывать существенное влияние на работу волоконных устройств вследствие высокой радиационной чувствительности алюмосиликатной матрицы, используемой в обычных ЭС.
Таким образом, несмотря на большое количество выполненных работ по разработке и исследованию эрбиевых световодов, их совершенствование по-прежнему остается актуальной задачей, а решение перечисленных выше проблем позволит существенно расширить область применений ЭС.
Цели работы
Целью данной работы являлся поиск и исследование новой стеклянной матрицы для легирования ионами эрбия, позволяющей улучшить характеристики ЭС. В частности, в качестве одного из наиболее перспективных объектов исследования была выбрана фосфоро-алюмосшшкатная (ФАС) стеклянная матрица, одним из уникальных свойств которой является возможность получения показателя преломления на уровне нелегированного кварцевого стекла даже при высокой концентрации оксидов алюминия и фосфора [5]. Кроме того, важной сопутствующей задачей, поставленной в рамках диссертационной работы, являлось сравнение радиационной чувствительности ЭС на основе различных стеклянных матриц и поиск дополнительных методов снижения радиационной чувствительности ЭС. В соответствии с этим были сформулированы следующие основные задачи диссертационной работы:
• исследовать оптические свойства световодов с ФАС-сердцевиной;
• изучить усилительные характеристики ФАС-световодов, легированных оксидом эрбия;
• сравнить уровень радиационно-наведенных оптических потерь в эрбиевых световодах с различным составом сердцевины;
• разработать эффективный метод повышения радиационной стойкости эрбиевых световодов для работы в космосе.
Научная новизна
• Проведено детальное исследование спектрально-люминесцентных характеристик пассивных и активированных ионами эрбия ФАС-световодов при независимом варьировании концентраций легирующих оксидов фосфора и алюминия в диапазоне 0-20 мол.%. Обнаружено сходство спектров оптического поглощения (положение и интенсивность пиков поглощения в диапазоне длин волн 200-1700 нм) и спектров люминесценции (в области 1550 нм) ФАС-световодов с избытком А120з или Р2С>5 в сердцевине с соответствующими спектрами световодов с двухкомпонентной А120з - 8Ю2 либо Р2С>5 - 8Ю2 сердцевиной.
• Продемонстрировано, что соединение А1РО4 повышает растворимость Ег203 в кварцевом стекле. Таким образом, соединение А1РС>4 является единственной известной легирующей добавкой, одновременно снижающей показатель преломления и улучшающей усилительные свойства активных световодов на основе кварцевого стекла, легированного оксидами редкоземельных элементов (РЗЭ).
• Проведены исследования радиационно-наведенных оптических потерь и эффективности генерации в эрбиевых световодах, насыщенных молекулярным водородом. Обнаружено, что присутствие молекулярного водорода в световоде не только многократно (в 4-5 раз) снижает радиационно-наведенные потери (РНП), но и существенно повышает скорость и эффективность (в ~5 раз) фотопросветления РНП при использовании источника накачки на длине волны 980 нм.
• Проведен тщательный сравнительный анализ спектров РНП в эрбиевых световодах на основе кварцевого стекла с различным составом сердцевины. Установлено, что спектр РНП в эрбиевых световодах с ФАС-сердцевиной определяется избыточной концентрацией одного из оксидов (А120з или Р20з) и аналогичен (по положению и интенсивности пиков поглощения) спектрам РНП эрбиевых световодов с фосфоросиликатной или алюмосиликатной сердцевиной. Обнаружено снижение РНП, обусловленное солегированием сердцевины световода малой (~1 мол. %) добавкой оксида германия.
Практическая ценность
• Экспериментально установлен диапазон концентраций оксидов фосфора и алюминия, которые обеспечивают приемлемый уровень оптических потерь (< 30 дБ/км) для использования ФАС-стекол в качестве матрицы активных световодов. Установлены и устранены причины высоких оптических потерь с ФАС-световодах с избытком оксида фосфора.
• Продемонстрировано, что ФАС-световоды позволяют получить более высокую (по сравнению с фосфоросиликатными и алюмосиликатными световодами) эффективность преобразования накачки в сигнал в волоконном усилителе в случае активных световодов с увеличенным диаметром поля моды и высокой концентрацией РЗЭ в сердцевине.
• Разработан метод долговременного повышения радиационной стойкости эрбиевых световодов, основанный на насыщении световода с герметичным углеродным покрытием молекулярным водородом. Продемонстрировано, что радиационно-упрочняющий эффект от насыщения водородом усиливается при использовании накачки в диапазоне 980 нм, при этом срок службы эрбиевого световода в условиях повышенного радиационного фона может быть увеличен более чем в ~30 раз.
• В результате сравнительного исследования эрбиевых световодов, отличающихся составом стекла сердцевины, установлены составы стекол, позволяющие обеспечить максимальную радиационную стойкость эрбиевых световодов без снижения их генерационных характеристик.
Защищаемые положения
1. Оптические свойства (интенсивность, форма и положение полос поглощения, включая радиационно-наведенные, спектр люминесценции в области 1550 нм) пассивных и активных (легированных ионами Ег3+) кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного (ФАС) стекла с избытком Р2О5 подобны световодам с фосфоросиликатной сердцевиной, а ФАС световоды с избытком А1203 - алюмосиликатным световодам.
2. В волоконных световодах на основе ФАС-стекла достижим уровень оптических потерь <15 дБ/км, если концентрация хотя бы одного из оксидов (А1203 или Р2О5) не превышает 15 мол.%.
3. Присутствие соединения А1Р04 позволяет без снижения эффективности преобразования накачки в сигнал повысить концентрацию оксида эрбия почти на порядок по сравнению с фосфоросиликатным стеклом и почти в два раза по сравнению с кварцевым стеклом с малой концентрацией А1203 (1.5 мол.%).
4. Срок службы эрбиевых световодов с герметичным углеродным покрытием в условиях повышенного радиационного фона может быть многократно продлен за счет их насыщения молекулярным водородом и при накачке в полосу поглощения 980 нм.
Апробация работы
Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Европейской конференции по оптической связи ЕСОС'2006 (Канны, Франция) и ЕСОС'2007 (Берлин, Германия), на Международной конференции по влиянию радиации на материалы и приборы 11АОЕС8'2007 (Довиль, Франция), а также неоднократно на научных семинарах и конкурсах молодых ученых НЦВО РАН. По теме диссертации опубликованы 5 статей в рецензируемых журналах, определяемых ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 128 наименований. Личный вклад автора
Диссертационная работа является результатом пятилетней работы автора в Научном центре волоконной оптики РАН и представляет собой обобщение работ автора, выполненных совместно с сотрудниками НЦВО РАН и ИХВВ РАН. Коллективный характер экспериментальных работ обусловил публикацию полученных результатов в соавторстве с коллегами. Все основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично или при его непосредственном участии. Работы, посвященные повышению радиационной стойкости световодов, были выполнены под руководством А.Л. Томашука.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ее цели, показаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об их апробации и публикации. Кратко изложено основное содержание материала по главам.
В первой главе сделан обзор литературных данных по основным свойствам эрбиевых световодов (ЭС). Описано негативное влияние явления кластеризации ионов эрбия в стекле сердцевины на усилительные свойства ЭС. Приведены наиболее важные сведения о преимуществах и недостатках использования двухкомпонентных алюмосиликатной и фосфоросиликатной матриц в качестве основы ЭС. На основании известных литературных данных показана потенциальная перспективность использования новой, ранее детально не исследованной трехкомпонентной фосфороалюмосиликатной (ФАС) матрицы как основы для активных световодов с увеличенным размером поля моды и высокой концентрацией оксидов РЗЭ в сердцевине. Также в обзоре литературы раскрыта суть проблемы радиационной стойкости ЭС. Указано, что важность ее решения определяется перспективностью применения ЭС в космических аппаратах.
Во второй главе представлены результаты исследования оптических свойств световодов с сердцевиной из ФАС-стекла при варьировании каждого из легирующих оксидов А1203 или Р205 в широком диапазоне концентраций (0-20 мол.%). Заготовки опытных ФАС-световодов были изготовлены методом МСУЭ в ИХВВ РАН, причем легирование всеми компонентами стекла производилось исключительно газофазньм методом. В результате измерений профиля показателя преломления в заготовках ФАС-световодов была подтверждена возможность получения показателя преломления сердцевины равного или ниже, чем у кварцевого стекла [1а,2а] (при солегировании сердцевины заготовки примерно эквимолярными концентрациями оксидов А120з и Р2О5). Данный эффект обусловлен тем, что практически все атомы алюминия и фосфора участвуют в образовании соединения А1Р04, имеющего показатель преломления ниже, чем у кварцевого стекла [6].
Для вытянутых из заготовок ФАС-световодов были измерены спектры оптических потерь при помощи стандартной методики последовательного уменьшения длины световода (аЛ-Ьаск-метод). В результате проведенных измерений был установлен диапазон легирующих концентраций оксидов фосфора и алюминия, которые обеспечивают приемлемый уровень оптических потерь в ФАС-световодах для использования ФАС-стекол в качестве матрицы для активных световодов.
Большой практический интерес представляло выяснение причины наблюдаемого роста оптических потерь (до 600 дБ/км) в ФАС-световодах с избытком Р205 в сердцевине. Для этой группы световодов характерно появление широкой полосы поглощения в ближнем ИК диапазоне с максимумом на длине волны 1200 нм (см. кривую 3 на рис.1). Рост оптических потерь в ФАС-световодах с избытком оксида фосфора в сердцевине был также подтвержден независимыми исследователями [7,8], однако ни в одной из опубликованных работ их природа не была объяснена.
В качестве возможной причины роста оптических потерь было рассмотрено загрязнение стекла заготовок ионами железа. Из литературы известно, что ионы железа Ре2+ вызывают рост оптических потерь в кварцевом стекле в ближнем ИК-диапазоне [9]. Причем коэффициент экстинкции у двухвалентного железа настолько высок, что наблюдаемое оптическое поглощение в ФАС-световодах с избытком Р2О5 в сердцевине может быть вызвано загрязнением ионами железа в концентрации всего ~10"6 вес.%. При этом на порядок более низкий уровень оптических потерь в ФАС-световодах с избытком А1203 в сердцевине (10-30 дБ/км на длине волны 1200 нм (см. кривая 4 на рис.1)) обусловлен тем, что ионы железа в алюмосиликатной матрице имеют валентность Ее3+ и не имеют полос поглощения в ближнем ИК диапазоне [9]. Такие низкие концентрации железа не удалось обнаружить напрямую в стекле заготовок ФАС-световодов с избытком Р2О5 ни одним доступным нам методом. Поэтому был проведен тщательный анализ установки МСУБ и устранены возможные источники загрязнения железом. В результате этого оптические потери в ФАС-световодах с избытком оксида фосфора впервые удалось снизить до ~5 дБ/км (см. кривую 5 на рис.1) [2а].
ю7
I 10е
ш
* ю5
О. 4
ш 10 н
0
с 103 ф
1 ю2
а)
у , ? Ю
г® 10°
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 длина волны, нм
ис.1. Спектры оптических потерь, измеренные в широком спектральном диапазоне для световодов с различным составом сердцевины: 1 -фосфоросиликатный световод (12 мол. % Р2О5); 2 — алюмосшикатный световод (4 мол.% А1203); 3 - ФАС-световод с избытком фосфора (11 мол.% А1203 и 14.8 мол.% Рг05); 4 - ФАС-световод с избытком алюминия (11 мол.% А^Оз и 8 мол.% Р2О5); 5 ~ ФАС световод с избытком фосфора, изготовленный после модификации установки МСУБ (4 мол. % А1203 и 8 мол. % Р205).
При выяснении причины роста оптических потерь в ФАС-световодах с избытком Р2О5 в сердцевине для получения дополнительной информации о структуре ФАС-стекол были прописаны спектры оптических потерь ФАС-световодов в спектральном диапазоне от 200 до 1700 нм. В результате было обнаружено, что спектры ФАС-световодов с избытком оксида алюминия или оксида фосфора в сердцевине подобны по положению и интенсивности характерных полос поглощения спектрам соответствующих двухкомпонентных алюмосиликатных и фосфоросиликатных световодов (см. пары кривых 2,4 и 1,5 на рис.1) [2а].
В третьей главе приведены результаты исследования активных свойств эрбиевых ФАС-световодов с высокой концентрацией оксида эрбия в сердцевине. Обнаружено подобие спектров поглощения и люминесценции ионов Ег3+ в ФАС-световодах с избытком АЬОз или Р2О5 с аналогичными спектрами эрбиевых световодов с сердцевиной на основе соответствующих двухкомпонентных А120з - вЮг или Р205 - БЮг стекол (см. рис.2) [За].
Й 08
3 0.6
а
1;
■'У
/ /1 л] К
/
1410 1440 1470 1500 1530 1560 1590 1620 Длина волны, нм
1470 1500 1530 1560 1590 Длина волны, нм
Рис.2. Характерные спектры поглощения слабого сигнала (а) и люминесценции ионов эрбия (б) в области длин волн 1.55 мкм в световодах с сердцевиной, легированной А1203 (1), А120з+А1Р04 (2), Р20з (3) и Р205+А1Р04(4).
Подобие активных и пассивных свойств (спектров оптического поглощения ФАС-световодов и спектрально-люминесцентных характеристик ионов Ег3+ в ФАС-стеклах с аналогичными спектрами в двухкомпонентных световодах с фосфоросиликатной или алюмосиликатной сердцевиной) позволило заключить, что свойства ФАС-стекол определяются избыточной концентрацией оксида фосфора либо оксида алюминия, а само соединение А1Р04 похоже по свойствам на нелегированное кварцевое стекло, которое, как известно, является плохой матрицей для ионов РЗЭ [3].
В связи с этим большой практический интерес представлял неисследованный ранее вопрос о способности самого соединения А1Р04 подавлять кластеризацию ионов эрбия в кварцевом стекле. Для того, чтобы сравнить растворимость ионов эрбия в различных стеклянных матрицах, в
данной работе была измерена эффективность преобразования излучения накачки в сигнал в схеме волоконного усилителя, работавшего в режиме насыщения для эрбиевых световодов с различным составом сердцевины. Для минимизации ошибки измерения, связанной с потерями на сварку с активным световодом, была выбрана схема усилителя, в которой накачка и сигнал распространялись в одном направлении (рис.3).
ЛИНЗА 980нм
Рис.3. Схема установки для измерения эффективности усиления эрбиевых световодов: ЛД-лазерный диод; ММ-отрезок многомодового световода; WDM— стандартный телекоммуникационный мультиплексор 980/1550 нм.
Исследуемые эрбиевые световоды в зависимости от состава стекла сердцевины были разделены на несколько серий: фосфоросиликатные (4-10 мол.% Р2О5, далее Р-световоды); алюмосиликатные (серии с концентрацией 1.5; 3; 6 и 12 мол.% AI2O3, соответственно Al-1.5, Al-3, А1-6 и А1-12 световоды); ФАС-световоды с избытком оксида фосфора в сердцевине (избыточная концентрация ~4 мол.% Р2О5, далее ФАС-Р световоды); ФАС-световоды с избытком оксида алюминия (серии с избыточной концентрацией 1.5; 3 и 6 мол.% А1203, соответственно ФАС-А1-1.5, ФАС-А1-3 и ФАС-А1-6 световоды). В каждой серии концентрация оксида эрбия варьировалась в широком диапазоне (от ~0.001 до 1 мол.%). Эффективности усиления, измеренные для всех серий эрбиевых световодов, представлены на Рис.4.
концентрация Ег203, мол.%
Рис. 4. Зависимость эффективности усиления световодов от концентрации ионов эрбия и состава сердцевины.
Влияние соединения А1РС>4 на растворимость ионов эрбия было установлено при сравнении эффективностей усиления для двух серий эрбиевых световодов на основе фосфоросиликатной матрицы, в которой оксид эрбия растворяется гораздо хуже, чем в алюмосиликатной [10]. Измерения, проведенные для двух серий Р-световодов и ФАС-Р световодов (соответственно кривые 4 и 5 на рис.4) показали, что присутствие соединения А1РС>4 в фосфоросиликатном стекле позволяет почти на порядок увеличить концентрацию оксида эрбия при сохранении величины эффективности усиления [За].
В то же время, эрбиевые световоды с алюмосиликатной сердцевиной, легированные 3 мол.% АЬОз и более, имели более высокую эффективность усиления, чем ФАС-Р световоды (кривые 2 и 5 на рис.4). Причем ни
дальнейшее увеличение концентрации А120з в сердцевине от 3 до 12 мол.% (А1-3, А1-6 и А1-12 световоды) ни добавление соединения А1Р04 (ФАС-А1-3 и ФАС-А1-6 световоды), не привело к заметному росту эффективности усиления. Все экспериментальные точки легли на одну "предельную" кривую 1 на рис 4. Максимально достижимая эффективность усиления снижается с ростом концентрации эрбия, что связано, по-видимому, с тем, что даже при отсутствии кластеризации распределение ионов эрбия неравномерно по объему стекла, поэтому при увеличении концентрации эрбия становится все более вероятным нахождение ионов эрбия на расстоянии достаточном для передачи энергии друг другу [11].
Несмотря на высокую эффективность усиления, недостатком эрбиевых светотоводов с алюмосиликатной сердцевиной, легированной большими концентрациями оксида алюминия, является высокий показатель преломления сердцевины (~7><10"3 при легировании 3 мол.% А1203), что неприемлемо для создания активных световодов с большим диаметром поля моды. В то же время, при значительном снижении легирующей концентрации А1203 (с 3 до 1.5 мол.%) наблюдалось существенное уменьшение эффективности усиления эрбиевых световодов относительно "предельной" кривой (кривые 1 и 3 на рис.4). В этом случае легирование соединением А1РС>4 дает преимущество: с одной стороны, показатель преломления сердцевины остается достаточно низким, с другой стороны, эффективность усиления ФАС-А1-1.5 световодов возрастает в ~2 раза по сравнению с эффективностью усиления А1-1.5 серии (см. рис.4).
В четвертой главе продемонстрирована возможность многократного увеличения срока службы эрбиевых световодов в условиях повышенного радиационного фона за счет насыщения сетки стекла световода молекулярным водородом. Обратная диффузия водорода из световода была практически устранена в результате нанесения на световод во время вытяжки герметичного углеродного покрытия. Отрезки ЭС насыщались молекулярным водородом при высокой температуре (-200 °С) и давлении (~8 МПа), а затем облучались вместе с отрезками ЭС, не содержавшими Н2, от у-источника 60Со.
Измерения показали, что радиационно-наведенное поглощение (РНП) в отрезках ЭС, предварительно насыщенных молекулярным водородом (Св-Н) многократно (в 4-5 раз) ниже, чем РНП в отрезках ЭС, облученных без Н2 (Се) (см. рис.5) [4а-6а].
длина волны, нм
Рис.5. Спектры оптических потерь для световодов Св и Св-Н, измеренные до(1,2) и через 4 месяца после у-облучения до дозы 2 кГр (3,4). Штриховыми линиями показаны спектры РНП.
При проведении измерений эффективности генерации для облученных отрезков световодов в схеме простейшего волоконного лазера с накачкой на длине волны 980 нм был обнаружен эффект фотопросветления РНП, проявляющийся в росте выходной мощности лазера на длине волны 1550 нм и впервые было показано, что фотопросветление РНП многократно усиливается (в ~5 раз) в присутствии молекулярного водорода в стекле световода [7а].
Было также установлено, что фотопросветление РНП полностью отсутствует при использовании источника накачки в диапазоне 1480 нм.
о4
ис.6. Зависимость эффективности генерации эрбиевых световодов от дозы ■у-облучения, нормированная на ее величину до облучения. Символами показаны эффективности, измеренные через 3-6 месяцев после облучения и спустя ~ 10 минут работы световодов в резонаторе волоконного лазера: (1), (2) - Св-Н; (3),(4') - Св; (1),(3) - накачка на 980 нм; (2),(4) - накачка на 1480 нм. Линиями показаны результаты расчетов.
Экспериментальные данные (зависимость эффективности генерации эрбиевого световода от дозы облучения (рис.6)) и проведенные нами оценки показали, что наилучшим вариантом с точки зрения радиационной стойкости является использование насыщения водородом ЭС в герметичном покрытии в комбинации с накачкой на 980 нм. В этом случае, как видно из рис.6, за счет эффективного фотопросветления РНП ожидается продление срока службы ЭС в условиях повышенного радиационного фона не менее чем в 30
раз. Соответственно, по нашим оценкам, наименьший срок службы в космосе ожидается для стандартного не содержащего Н2 ЭС с накачкой на 1480 нм.
В пятой главе представлены результаты исследования спектров РНП для световодов на основе кварцевого стекла с различным составом сердцевины. Установлено, что величина РНП слабо зависит от концентрации легирующего оксида в случае фосфоросиликатных и алюмосиликатных световодов (изменяется менее, чем на 30 % при изменении концентрации легирующего оксида в 3 - 8 раз).
длина волны, нм
.7. Характерные спектры РНП для световодов с различным составом сердцевины, измеренные через 8 месяцев после облучения дозой 3 кГр от ■у-источника Со>).
Дополнительно было проведено сравнение спектров РНП как для световодов на основе широко применяемых алюмосиликатной и фосфоросиликатной стеклянных матриц, так и для ФАС-световодов,
радиационная стойкость которых ранее не исследовалась. В результате было установлено, что спектры РНП алюмосиликатных и фосфоросиликатных световодов аналогичны (по амплитуде и положению пиков поглощения) соответствующим спектрам РНП ФАС-световодов с избыточной концентрацией А1203 и Р205 в сердцевине (см. рис.7).
В процессе выполнения данной работы была измерена зависимость величины РНП от концентрации оксидов алюминия и фосфора, а также установлено влияние солегирования Се02, А1Р04 и Ег20з на уровень РНП. Обнаружен радиационно-упрочняющий эффект от малой добавки ве02 (~1 мол.%) в сердцевину алюмосиликатных световодов, а также ФАС-световодов с избытком алюминия. Определены наиболее радиационно-стойкие стеклянные матрицы (алюмосиликатная, солегированная 0е02 и ФАС с избытком алюминия, солегированная 0е02). Показано, что насыщение эрбиевых световодов на основе таких матриц молекулярным водородом при одновременном использовании накачки на 980 нм является наилучшим решением задачи минимизации РНП в космических применениях.
В заключении диссертации сформулированы ее основные результаты:
1. Обнаружено, что оптические свойства (интенсивность, форма и положение полос поглощения, включая радиационно-наведенные, спектр люминесценции в области 1550 нм) пассивных и активных (легированных ионами Ег3+) кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного (ФАС) стекла с избытком Р20г подобны световодам с фосфоросиликатной сердцевиной, а ФАС световоды с избытком А120з — алюмосиликатным световодам.
2. Установлено, что высокий уровень оптических потерь в ближней ИК-области, наблюдавшийся ранее в волоконных световодах из ФАС-стекла с избытком оксида фосфора, обусловлен поглощением примесных ионов железа Ре2+. Показано, что в волоконных световодах на основе ФАС-стекла достижим уровень оптических потерь <15 дБ/км, если концентрация хотя бы одного из оксидов (А120з или Р205) не превышает 15 мол.%.
3. Обнаружено, что присутствие соединения А1Р04 позволяет без снижения эффективности преобразования накачки в сигнал повысить концентрацию оксида эрбия почти на порядок по сравнению с фосфоросиликатным стеклом и почти в два раза по сравнению с кварцевым стеклом с малой концентрацией АЬОз (1.5 мол.%).
4. Показано, что использование световода с герметичным покрытием в сочетании с насыщением его молекулярным водородом позволяет более чем в 30 раз продлить срок службы эрбиевых световодов в условиях повышенного радиационного фона. Впервые обнаружено многократное усиление эффекта фотопросветления при накачке в полосу поглощения 980 нм, обусловленное присутствием молекулярного водорода в сетке стекла.
5. Впервые проведено систематическое сравнение радиационной чувствительности различных стеклянных матриц для легирования ионами Ег3+. Показано, что наиболее радиационно-стойкими являются эрбиевые световоды с сердцевиной из алюмосиликатного стекла, легированного оксидом германия, а так же ФАС стекла с избытком оксида алюминия и солегированые оксидом германия.
Список цитируемой литературы
1. Miya Т., Terunuma Y., Hosaka Т., Miyashita Т., "Ultimate low-loss singlemode fibre at 1.55цт", Electronics Letters, 15, pp. 106 - 108 (1979).
2. Mears R.J., Reekie L., Jauncy I.M., and Payne D.N., "High gain rare-earth doped fiber amplifier at 1.54 цт", Proc. Optical Fibre Commun.(OFC'87), paper WI2, Reno, NV (1987).
3. Miniscalco W.J., "Erbium-doped glasses for fiber amplifiers at 1500 nm", Journal of Lightwave Tech., 9 [2], pp. 234 - 250 (1991).
4. Jasapara J.C., Andrejco M.J., Yablon A.D., Nicholson J.W., Headley C., and DiGiovanni D., "Picosecond pulse amplification in a core-pumped large-mode-area erbium fiber", Oplics Letters, 32[16], pp. 2429 - 2431 (2007).
5. Lemaire P.J., MacChesney J.B., Simpson J.R., "Article comprising silica-based glass containing aluminum and phosphorus", Patent No.US4,830,463, AT&T, Bell Laboratories, Murray Hill, NJ (1989).
6. DiGiovanni D.J., MacChesney J.B., and Kometani T.Y., "Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AIPO4 join", Journal of Non-Crystalline Solids, 113, pp. 58 - 64 (1989).
7. Vienne G.G., Brocklesby W.S., Brown R.S., Chen Z.J., Minelly J.D., Roman J.E., Payne D.N., "Role of aluminum in ytterbium-erbium codoped phosphoaluminosilicate optical fibers", Optical Fiber Technology, 2, pp. 387 -393 (1996).
8. Unger S., Schwuchow A., Dellith J., Kirchhof J., "Codoped materials for high power lasers - diffusion behaviour and optical properties", Proc. SPIE, 6469, p. 646913 (2007).
9. Schultz P.C., "Optical Absorption of the Transition Elements in Vitreous Silica", Journal of The American Ceramic Society, 57, p. 309 (1974).
10. Arai K., Namikawa H., Kumata K., and Honda Т., "Aluminum or phosphorous co-doping effects on fluorescence and structural properties of neodimium-doped silica glass", J.Appl.Phys., 59, pp. 3430 - 3436 (1986).
11. Quimby R.S., Miniscalco W.J., and Thompson В., "Quantitative characterization of clustering in erbium-doped silica glass fibers", Proc. SPIE, 2073, p. 2 (1993).
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
la. Lipatov D.S., Yashkov M.V., Guryanov A.N., Likhachev M.E., Zotov K.V., Bubnov M.M., "Optical properties of highly AI2O3 and P205 doped silica hosts for large mode area fiber lasers and amplifiers", ECOC'07 Proc., September 16-20,2007, Berlin, Germany, Paper P020 (2007).
2a. Бубнов M.M., Гурьянов A.H., Зотов K.B., Исхакова Л.Д., Лаврищев С.В., Липатов Д.С., Лихачев М.Е., Рыбалтовский А.А., Хопин В.Ф., Яшков М.В., Дианов Е.М., "Оптические свойства световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного стекла", Квантовая Электроника, 39[9], сс. 857 - 862 (2009).
За. Likhachev М.Е., Bubnov М.М., Zotov K.V., Lipatov D.S.,Yashkov M.V., and Guryanov A.N., "Effect of the AIPO4 join on the pump-to-signal conversion efficiency in heavily Er-doped fibers", Optics Letters, 34[21], pp. 3355 - 3357 (2009).
4a. Tomashuk A.L., Likhachev M.E., Zotov K.V., Bubnov M.M., Semjonov S.L., Yashkov M.V., Guryanov A.N., Dianov E.M., "H2-loaded carbon-coated Er-doped fibre with enhanced radiation resistance", ECOC'2006 Proc., 24 - 28 September 2006, Cannes, France, vol. 1, pp. 79 - 80, Paper Mo4.3.6 (2006).
5a. Зотов K.B., Лихачев M.E., Томашук А.Л., Бубнов М.М., Яшков М.В., Гурьянов А.Н., "Радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, легированного эрбием", Квантовая Электроника, 37[10],сс. 1 -4 (2007).
6а. Zotov К.V., Likhachev М.Е., Tomashuk A.L., Bubnov M.M., Yashkov M.V., Guryanov A.N., and Klyamkin S.N., "Radiation-resistant erbium-doped fiber for spacecraft applications", IEEE Transactions on Nuclear Science, 55[4], pp. 2213-2215(2008).
7a. Zotov K.V., Likhachev M.E., Tomashuk A.L., Kosolapov A.F., Bubnov M.M., Yashkov M.V., Guiyanov A.N., and Dianov E.M., "Radiation resistant Er-doped fibers: optimization of pump wavelength", IEEE Photonics Technology Letters, 20[17], pp. 1476 - 1478 (2008).
Напечатано с готового оригинал-макета
Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИДИ 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 07.07.2010 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 316. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭРБИЕВЫХ СВЕТОВОДОВ НА ОСНОВЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).
1.1. Схема уровней ионов эрбия в кварцевом стекле.
1.2. Кооперативные эффекты, снижающие эффективность работы эрбиевых световодов.
1.3. Влияние состава стекла на свойства эрбиевых световодов.
1.4. Влияние радиации на свойства эрбиевых световодов.
1.5. Выводы к Главе 1.
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАС-СВЕТОВОДОВ.
2.1. Изготовление пробных заготовок ФАС-световодов.
2.2. Зависимость профиля показателя преломления заготовок ФАСсветоводов от состава сердцевины.
2.3. Оптические потери ФАС-световодов.
2.4. Причины роста оптических потерь в ФАС-световодах с избытком оксида фосфора в сердцевине.
2.5. Выводы к Главе 2.
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ФАС-СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ
ОКСИДОМ ЭРБИЯ.
3.1. Спектрально-люминесцентные свойства эрбиевых ФАС-световодов
3.2. Измерение усилительных свойств эрбиевых ФАС-световодов
3.3. Влияние соединения АГРО4 на усилительные свойства эрбиевых
ФАС-световодов.
3.4. Эрбиевые ФАС-световоды с добавкой оксида германия.
3.5. Выводы к Главе 3.
ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ
ЭРБИЕВЫХ СВЕТОВОДОВ ЗА СЧЕТ НАСЫЩЕНИЯ
СЕТКИ СТЕКЛА МОЛЕКУЛЯРНЫМ ВОДОРОДОМ.
4.1. Метод радиационного упрочнения за счет насыщения сетки стекла молекулярным водородом.
4.2: Радиационное упрочнение эрбиевых световодов в герметичном покрытии за счет насыщения водородом.
43. Теоретическая оценка снижения эффективности работы эрбиевого волоконного лазера под действием радиации.
4.4. Эффективность генерации в облученных эрбиевых световодах: эффект фотопросветления.
4.5. Выводы к Главе 4.
ГЛАВА 5. ЗАВИСИМОСТЬ РАДИАЦИОННО-НАВЕДЕННЫХ
ПОТЕРЬ ОТ СОСТАВА СЕРДЦЕВИНЫ СВЕТОВОДА.
5.1. Зависимость РНП'от концентрации Р2О5 и А1205 в сердцевине.
5.2. Влияние соединения ALPO4 на уровень РНП световодов.
5.3. Влияние Ge02 на радиационную чувствительность ФАС световодов
5.4. Влияние Ег203 на радиационную чувствительность световодов.
5.5. Эрбиевые световоды, обладающие максимальной стойкостью к радиации.
5.6. Снижение РНП за счет насыщения водородом и фотопросветления наименнее радиационно чувствительных стеклянных матриц
5.7. Выводы к Главе 5.
Успехи в области квантовой1 электроники - создание когерентных источников оптического излучения (лазеров) - инициировали поиск возможностей использования оптического диапазона для передачи информации. На протяжении 1970-1980 гг. были разработаны волоконные световоды на основе кварцевого стекла с оптическими потерями, приближающимися к теоретическому пределу [1]. Однако увеличение протяженности линий оптической связи, увеличение числа каналов и скорости передачи информации потребовало создания широкополосных усилителей оптического излучения. Удачным решением этой проблемы стали усилители, выполненные на базе волоконных световодов, сердцевина которых легирована оксидом эрбия (далее эрбиевых световодов) [2,3]. Основным достоинством таких усилителей является рабочий диапазон 15301570 нм, совпадающий с областью минимальных оптических потерь волоконных световодов на основе кварцевого стекла. Кроме того, эрбиевые волоконные усилители отличаются высоким коэффициентом усиления, не зависящим от поляризации излучения, низким уровнем собственных шумов, возможностью увеличения числа усиливаемых каналов и отсутствием перекачки энергии между каналами. Многочисленные работы, посвященные совершенствованию эрбиевых световодов (ЭС) и исследованию их свойств, привели к появлению новой области квантовой электроники, связанной с волоконными лазерами и усилителями.
Несмотря на то, что основным применением ЭС на данный момент остается усиление оптического сигнала в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), возникло большое количество специальных приложений, в которых используются ЭС: люминесцентные источники в волоконных гироскопах, непрерывные лазеры и лазеры ультракоротких импульсов в области 1.55 мкм и др. Расширяющийся список приложений, в которых применяются ЭС, предъявляет все новые требования к характеристикам ЭС, зачастую гораздо более жесткие, чем те, которые необходимы для ВОЛС. В частности, существенное увеличение выходной мощности эрбиевых лазеров и усилителей, ставшее возможным благодаря появлению эффективных одномодовых и многомодовых полупроводниковых источников накачки, ограничивается нежелательными нелинейными'эффектами в.сердцевине ЭС, такими как фазовая самомодуляция (в случае лазеров ультракоротких импульсов), рамановское и бриллюэновское (в случае одночастотных лазеров) рассеяние. Для* увеличения порога нелинейных эффектов, необходимо без значительного снижения эффективности ЭС существенно увеличивать диаметр поля моды активного световода, с одной стороны, и уменьшать его рабочую • длину за счет увеличения концентрации редкоземельных элементов, с другой стороны. Однако в случае разработанных для BOJIC ЭС с алюмосиликатной сердцевиной, выполнение данной задачи сталкивается с рядом проблем. Для сохранения» одномодового режима работы при увеличении диаметра поля основной моды необходимо уменьшать разность показателей преломления- сердцевины и оболочки световода. Достигнуть этого можно путем уменьшения концентрации^ оксида алюминия в сердцевине, который, однако, необходим для повышения растворимости ионов эрбия. Таким образом, увеличение диаметра,поля моды в ЭС, изготовленных по стандартной технологии, сопряжено с существенным падением эффективности их работы [4].
Также в настоящее время все более активно обсуждается возможность использования различных устройств на основе ЭС в открытом космосе либо на околоземной орбите. Многообещающим, в частности, представляется создание оптической связи спутник-спутник или спутник - Земля, что связано с высокой прозрачностью атмосферы в области 1.55 мкм. Все больший интерес представляет использование лидаров (англ. акроним Lidar -light detection and ranging - лазерные локаторы, используемые для зондирования толщи моря, морской и земной поверхности, атмосферы). Перспективным является использование в составе суборбитальных аппаратов компактных волоконных гироскопов, в которых обычно применяются суперлюминесцентные источники на базе эрбиевых световодов. Все эти применения сопряжены с работой в условиях повышенного радиационного фона, который может оказывать существенное влияние на работу волоконных устройств вследствие высокой радиационной чувствительности* алюмосиликатной матрицы, используемой в обычных ЭС.
Таким1 образом; несмотря на большое количество выполненных работ по« разработке и- исследованию эрбиевых световодов, их совершенствование по-прежнему остается актуальной задачей, а решение перечисленных выше проблем позволит существенно расширить область применений ЭС. I
Цели работы
Целью данной работы являлся поиск и исследование новой«стеклянной матрицы для легирования- ионами* эрбия, позволяющей улучшить характеристики ЭС. В частности, в качестве одного' из наиболее-перспективных объектов исследования была выбрана фосфоро-ал юмосиликатная (ФАС) стеклянная матрица, одним из уникальных свойств которой является возможность полученияшоказателя преломления1 на-уровне' нелегированного кварцевого стекла даже при высокой концеитрации оксидов алюминия и фосфора, [5]. Кроме того, важной сопутствующей задачей, поставленной в рамках диссертационной' работы, являлось сравнение радиационной чувствительности ЭС на основе различных стеклянных матриц и поиск дополнительных методов снижения радиационной чувствительности ЭС. В соответствии с этим были сформулированы следующие основные задачи диссертационной работы:
• исследовать оптические свойства,световодов с ФАС-сердцевиной;
• изучить усилительные характеристики ФАС-световодов, легированных оксидом эрбия;
• сравнить уровень радиационно-наведенных оптических потерь в эрбиевых световодах с различным составом сердцевины;
• разработать эффективный метод повышения радиационной стойкости эрбиевых световодов для работы в космосе.
Научная новизна
• Проведено детальное исследование спектрально-люминесцентных характеристик пассивных и активированных ионами эрбия ФАС-световодов при независимом варьировании концентраций легирующих оксидов фосфора и алюминия в диапазоне 0-20 мол.%. Обнаружено сходство спектров оптического поглощения (положение и интенсивность пиков поглощения в диапазоне длин волн 200-1700 нм) и спектров люминесценции (в области 1550 нм) ФАС-световодов с избытком А1203 или Р2О5 в сердцевине с соответствующими спектрами световодов с двухкомпонентной А12Оз - 8 Юг либо Р2О5 - 8Ю2 сердцевиной.
• Продемонстрировано, что соединение А1Р04 повышает растворимость Ег2Оз в кварцевом стекле. Таким образом, соединение А1РО4 является единственной известной легирующей добавкой, одновременно снижающей показатель преломления и улучшающей усилительные свойства активных световодов на основе кварцевого стекла, легированного оксидами редкоземельных элементов (РЗЭ).
• Проведены исследования радиационно-наведенных оптических потерь и эффективности генерации в эрбиевых световодах, насыщенных молекулярным водородом. Обнаружено, что присутствие молекулярного водорода в световоде не только многократно (в 4-5 раз) снижает радиационно-наведенные потери (РНП), но и существенно повышает скорость и эффективность (в ~5 раз) фотопросветления РНП при использовании источника накачки на длине волны 980 нм.
• Проведен тщательный сравнительный анализ спектров РНП в эрбиевых световодах на основе кварцевого стекла с различным составом сердцевины. Установлено, что спектр РНП в эрбиевых световодах с ФАС-сердцевиной определяется избыточной концентрацией одного из оксидов (А1203 или Р2Об) и аналогичен (по положению и интенсивности пиков поглощения) спектрам РНП эрбиевых световодов с фосфоросиликатной или алюмосиликатной сердцевиной. Обнаружено снижение РНП, обусловленное солегированием сердцевины световода малой (~1 мол. %) добавкой оксида германия.
Практическая ценность
• Экспериментально установлен диапазон концентраций: оксидов фосфора и алюминия, которые обеспёчивают . приемлемый уровень оптических потерь (< 30 дБ/км) для использования; ФАС-стекол в качестве матрицы активных световодов. Установлены и устранены причины высоких оптических потерь с ФАС-световодах с избытком оксида фосфора.
• Продемонстрировано, что ФАС-световоды позволяют получить более высокую (по сравнению с фосфоросиликатными и алюмосиликатными световодами) эффективность преобразования накачки в сигнал в волоконном усилителе в; случае активных световодов с увеличенным диаметром поля моды и высокой концентрацией РЗЭ в сердцевине.
• Разработан метод долговременного повышения радиационной стойкости эрбиевых световодов, основанный на насыщении световода с герметичным углеродным покрытием молекулярным водородом. Продемонстрировано, что радиационно-упрочняющий? эффект от насыщения водородом усиливается при использовании накачки в диапазоне 980 им, ири этом срок службы эрбиевого световода в условиях повышенного радиационного фона может быть увеличен более чем в ~30 раз.
• В результате сравнительного исследования; эрбиевых, световодов, отличающихся составом стекла сердцевины, установлены составы стекол, позволяющие обеспечить максимальную радиационную стойкость эрбиевых световодов без снижения их генерационных характеристик.
Защищаемые положения
1. Оптические свойства (интенсивность, форма и положение полос поглощения, включая радиационно-наведенные, спектр люминесценции в области 1550 нм) пассивных и активных (легированных ионами Ег ) кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного (ФАС) стекла с избытком Р2О5 подобны световодам с фосфоросиликатной сердцевиной, а ФАС световоды с избытком А120з - алюмосиликатным световодам.
2. В волоконных световодах на основе ФАС-стекла достижим уровень оптических потерь < 15 дБ/км, если концентрация хотя бы одного из оксидов (А1203 или Р2О5) не превышает 15 мол.%.
3. Присутствие соединения AIPO4 позволяет без снижения эффективности преобразования накачки в сигнал повысить-концентрацию оксида эрбия почти на порядок по сравнению с фосфоросиликатным стеклом и почти в два раза по»сравнению с кварцевым^стеклом с малой1 концентрацией А120з (1.5 мол.%).
4. Срок службы эрбиевых световодов с герметичным углеродным покрытием в условиях повышенного радиационного фона может быть многократно продлен за счет их насыщения молекулярным водородом и при накачке в полосу поглощения 980 нм.
Апробация работы'
Материалы, изложенные в диссертации, докладывались * на Европейской конференции по оптической связи ЕСОС'2006* (Канны, Франция) и ЕСОС'2007 (Берлин, Германия), на Международной конференции по1 влиянию радиации на материалы и приборы RADECS'2007 (Довиль, Франция), а также неоднократно на,научных семинарах и конкурсах молодых ученых НЦВО РАН.
Основные результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в следующих 7 работах:
1. Lipatov D.S., Yashkov M.V., Guryanov A.N., Likhachev M.E., Zotov K.V., Bubnov M.M'., "Optical properties of highly A1203 and P2O5 doped silica hosts for large mode area, fiber lasers and amplifiers", ECOC'07 Proc., September 16-20, 2007, Berlin, Germany, Paper P020 (2007).
2. Бубнов M.M., Гурьянов A.H., Зотов K.B1, Исхакова Л.Д., Лаврищев С.В., Липатов Д.С., Лихачев М.Е., Рыбалтовский А.А., Хопин В.Ф., Яшков М.В., Дианов Е.М., "Оптические свойства световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного стекла", Квантовая Электроника, 39[9], сс. 857 - 862 (2009).
3. Likhachev М.Е., Bubnov М.М., Zotov K.V., Lipatov D.S.,Yashkov M.V., and Guryanov A.N., "Effect of the AIPO4 join on the pump-to-signal conversion efficiency in heavily Er-doped fibers", Optics Letters, 34[21], pp. 3355 - 3357 (2009).
4. Tomashuk A.L., Likhachev M.E., Zotov K.V., Bubnov M.M., Semjonov S.L., Yashkov M.Y., Guryanov A.N., Dianov E.M., "H2-loadedi carbon-coated Er-doped fibre with enhanced, radiation resistance", ECOC'2006 Proc., 24 - 28 September 2006, Cannes, France, vol. 1, pp. 79 - 80 , Paper Mo4.3.6 (2006).
5. Зотов K.B., Лихачев M.E., Томашук А.Л., Бубнов М.М», Яшков М.В., Гурьянов А.Н., "Радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, легированного эрбием", Квантовая Электроника, 37[10], сс. 1 -4 (2007).
6. Zotov K.V., Likhachev М.Е., Tomashuk A.L., Bubnov M.M., Yashkov M.V., Guryanov A.N., and Klyamkin S.N., "Radiation-resistant erbium-doped fiber for spacecraft applications", IEEE Transactions on Nuclear Science, 55[4], pp. 2213-2215 (2008).
7. Zotov K.V., Likhachev M.E., Tomashuk A.L., Kosolapov A.F., Bubnov M.M., Yashkov M.V., Guryanov A.N., and Dianov E.M., "Radiation resistant Er-doped fibers: optimization of pump wavelength", IEEE Photonics Technology Letters, 20[17], pp. 1476 - 1478 (2008).
Структура и объем диссетрационной работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.
Основные результаты работы сводятся к следующему:
1. Обнаружено, что оптические свойства (интенсивность, форма и положение полос поглощения, включая радиационно-наведенные, спектр люминесценции в области 1550 нм) пассивных и активных (легированных ионами Ег ) кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фосфороалюмосиликатного (ФАС) стекла с избытком Р2О5 подобны световодам с фосфоросиликатной сердцевиной, а ФАС световоды с избытком А120з — алюмосиликатным световодам.
2. Установлено, что высокий уровень оптических потерь в ближней ИК-области, наблюдавшийся ранее в волоконных световодах из ФАС-стекла с избытком оксида фосфора, обусловлен поглощением примесных ионов железа Ре2+. Показано, что в волоконных световодах на основе ФАС-стекла достижим уровень оптических потерь < 15 дБ/км, если концентрация хотя бы одного из оксидов (А1203 или Р205) не превышает 15 мол.%.
3. Обнаружено, что присутствие соединения А1РО4 позволяет без снижения эффективности преобразования накачки в сигнал повысить концентрацию оксида эрбия почти на порядок по сравнению с фосфоросиликатным стеклом и почти в два раза по сравнению с кварцевым стеклом с малой концентрацией А12Оэ (1.5 мол.%).
4. Показано, что использование световода с герметичным покрытием в сочетании с насыщением его молекулярным водородом позволяет более чем в 30 раз продлить срок службы эрбиевых световодов в условиях повышенного радиационного фона. Обнаружено многократное усиление эффекта фотопросветления при накачке в полосу поглощения 980 нм, обусловленное присутствием молекулярного водорода в сетке стекла.
5. Проведено систематическое сравнение радиационной чувствительности различных стеклянных матриц для легирования ионами Ег3+. Показано, что наиболее радиационно-стойкими являются эрбиевые световоды с сердцевиной из алюмосиликатного стекла, легированного оксидом германия, а так же ФАС стекла с избытком оксида алюминия и солегированые оксидом германия.
В заключение, автор считает своим приятным долгом выразить благодарность заведующему лабораторией М.М. Бубнову, своему научному руководителю старшему научному сотруднику М.Е. Лихачеву и директору НЦВО РАН академику Е.М. Дианову за постановку задачи и неоценимую помощь в работе, А.Л. Томашуку, под чьим фактическим руководством были выполнены работы по повышению радиационной стойкости эрбиевых световодов, описанные в четвертой главе диссертации, А.Н. Гурьянову, Д.С. Липатову и М.Ю. Яшкову за изготовление заготовок волоконных световодов, а так же всем сотрудникам НЦВО РАН за помощь и поддержку.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Miya T., Terunuma Y., Hosaka T., Miyashita T., "Ultimate low-loss singlemode fibre at 1.55 jam", Electronics Letters, 15, pp. 106 - 108 (1979);
2. Mears R.J., Reekie L., Jauncy IîMi, and Payne D.N.,"High gain rare-earth doped fiber amplifier at 1.54 |im", Proc. Optical Fibre Commun. (OFG'87), paper WI2, Reno, NV (1987).
3. Miniscalco W.J., "Erbium-doped- glasses for fiber amplifiers at» 1500 nm", Journal of Lightwave Tech., 92., pp. 234 250"(1991).
4. Jasapara J.C., Andrejco M.J., Yablon-A.D., Nicholson J.W., Headley C., and* DiGiovanni D., "Picosecond pulse amplification- in a core-pumped large-mode-area erbium-fiber", Oplics Letters, 3216., pp. 2429 2431' (2007).
5. Lemaire P.J., MacChesney J.B., Simpson J.R., "Article comprising silica-based glass containing aluminum1 and'phosphorus", Patent'No.US4,830,463, AT&T, Bell'Laboratories, Murray Hill, NJ (1989).
6. Laming R.I., Townsend J.E., Payne *D.N., Meli F., Grasso G., and Tarbox E.J., "High-power erbium-doped-fiber amplifiers operating-in the saturated regime", IEEE Photon. Tech. Letters, 33., pp. 253 255 (1991).
7. Wagener J-L., Wysocki P.F., Digonnet M.J.F., Shaw H.J., "Effect of concentration on the efficiency of erbium-doped silica fiber lasers", Fiber Laser Sources and Amplifiers IV SPIE, 1789, pp. 80 89 (1992).
8. Laming R.I., Poole S.B., and' Tarbox E.J., "Pump exited-state absorption in erbium-doped fibers", Optics Letters, 1312.; pp. 1084 1086 (1988).
9. Arahira S., Watanabe K., Shinozaki K., and Ogawa Y., "Successive excited-state absorption trough a multistep process in highly Er3+ -doped fiber pumped by a 1.48 jam laser diode", Optics Letters, 1723., pp. 1679 1681 (1992).
10. Ralph T.C., Stevenson A.J., Savage C.M., and Bachor H.-A., "High-power quenching resulting from pump exited-state absorption in an erbium-doped-fiber laser", Optics Letters, 1814., pp. 1162 1164 (1993).
11. M. MorkeKP.R., and.Laming R.I., "Theoretical modeling of erbium-doped fiber amplifiers with excited-state absorption", Optics Letters , 1419., p. 1062 (1989).
12. Quimby R.S., Miniscalco W.J., and'Thompson Bl, "Upconversion and 980-nm excited-state absorption in erbium-doped glass", Fiber Laser Sources ancL Amplifiers IV, SPIE, 1789, pp: 50 57 (1992).
13. Wysocki' P.F., Wagener J.L., Digonnet M.J.F., and Shaw H.J., "Evidence and modelling of paired, ions and other loss, mechanisms in erbium-doped silica fibers", Fiber Laser Sources and Amplifiers IV SPIE, 1789, pp: 66 79 (1992).
14. Layne C.B., Lowdermilk W.H., and Weber M.J., "Nonradiative relaxation of rare-earth ions in silicate laser glass", J. Quant. Electron., 11, p. 798 (1975).
15. Blixt P., Nilsson J., Carinas T., and Jaskorzynska B., "Concentration-dependent upconversion in Er3+-doped fiber amplifiers: experiments and modelling", IEEE Trans. Photon Tech. Lett. , 311., pp. 996 998 (1991).
16. Wyatt R., "Spectroscopy of rare earth doped fibers", Fiber Laser Sources and Amplifiers, SPIEProc., 1171, pp. 54 64 (1990).
17. Snitzer E., "Neodimum glass laser", in Proc. 3rd Intl. Conf. Quantum Electron (Paris, France), pp. 999 1019 (1963).
18. Koester C.J., and Snitzer E., "Amplification in a fiber laser", Appl.Opt., 3, pp. 1182-1186(1964).
19. Stone J., and Burrus C.A., "Neodimum-doped silica lasers in end-pumped fiber geometry", Appl. Phys. Lett., 23, pp. 388-389 (1973).
20. Weber M.J., "Science and technology of laser glass", J.Non-Cryst. Solids, 123, pp. 208 222 (1990).
21. Arai K., Namikawa H., Kumata K., and Honda T., "Aluminium or phosphorous co-doping effects on* fluorescence and structural properties of neodimium-doped silica glass", J.Appl.Phys., 59, pp. 3430 3436 (1986).
22. Sen S., "Atomic environment of high-field strength Nd and A1 cations as dopants and major components in silicate glasses: A Nd L-III-edge and K-edge
23. Laming' R.I., Payne D.N., MelL F., Grasso> G., and- Tarbox E.Ji, "Saturated! erbium-doped fibre amplifiers", Optical Amplifiers and Their Applications Reprint, Optical Society of America, Paper No: MB3, pp.16 19 (1990).
24. Lee L.L., and Tsai D.S., "Ion clustering and crystallization-of sol gel-derived' erbium silicate glass", J.Materials Sci. Lett., 13, pp. 615 617 (1994).
25. Craig-Ryan* S.P., Massicott J.F., Wilson M., Ainslie* B:J., and Wyatt R., "Optical study of low concentration Er3+ fibres for efficient power amplifiers", in ECOC'90 Proc., 1, pp. 571 574 (1990):*
26. Wagener J.L., Digonnet M.J.F., Wysocki P.F., and- Shaw H.J., "Effect of composition on> clustering in erbium-doped fiber lasers", Fiber Laser Sources and Amplifiers V, SPIE, 2073; pp. 14 19 (1993).
27. Nakazawa M., and Kimura Y., "Lanthanum codoped erbium-fiber amplifier", Electron. Lett., 27, pp. 1065 1067 (1991).
28. Myslinski P. et al., "Performance of high-concentration erbium-doped fiber amplifiers.", IEEE Photon Technol. Lett., 11, pp. 973 -975 (1999).
29. Samson B.N. et al., "1.2 dB/cm Gain-in Erbium:Lutetium co-doped Al/P silica fibre", Electron. Lett., 34, pp. 111 113 (1998).
30. Belov A.V., et al., "Erbium-doped fibers based on cesium-silicate glasses", Optical Fiber Technol., 6, pp. 61 67 (2000).
31. Imai H., Arai'K., Fujino Y., Ishii Y., and Namikawa H., "The role of fluorine as a codopant in cerium' activated' silica glass", Phys. And Chem. Glasses, 29, pp. 54-58 (1988).
32. Anslie B.J., Craig S.P., and Davey S.T., "Fabrication and optical properties of Nd<+ in silica-based optical fibers", Mater. Lett., 5, pp. 143 146 (1987).
33. Anslie B.J., Craig S.P:, Davey S.T., and Wakefield B., "The fabrication; assessment and optical properties of high concentration Nd3+- and Er3+- doped* silica-based optical fibers", Mater. Lett, 6, pp. 139-144 (1988).
34. Anslie B.J., "A review of the fabrication and properties of erbium-doped fibers ' for optical»amplifiers", J. Lightwave Technol., 92., pp. 220 227 (1991).
35. Kosinski S.G., Krol D.M., Duncan T.M., Douglass D.C., MacChesney J.B., and' Simpson J.R., "Raman and NMR spectroscopy of Si02 glasses co-doped with A1203 and P205", Journal of Non-Crystalline Solids, 105, pp. 45 52 (1988).
36. DiGiovanni D.J., MacChesney J.Bt, and4 Kometani T.Y., "Structure and properties of silica containing aluminum and phosphorus near the AIPO4 join", Journal of Non-Crystalline Solids, 113, pp. 58 64 (1989).
37. Rokita.M., Handke M., Mozgawa W., "Spectroscopic studies of polymorphs of AIPO4 and Si02", Molecular Structure, 450, pp. 213 217 (1998).
38. Ohmory Y., Honawa F., Nakahara M., "Fabrication of low-loss Al203-doped optical'fibres", Electronics Letters, 18, p.761 (1982).
39. Scott C.J., "Optimization of composition for Al203/P205-doped optical fiber", Techn. Dig. Top. Meet. Optical Fiber Communication Conference (OSA, New Orlean, 23-25 January), 70 (1984).
40. Vienne G.G., Brocklesby W.S., Brown R.S., Chen Z.J., Minelly J.D., Roman J.E., Payne D.N., "Role of aluminum in ytterbium-erbium codoped phosphoaluminosilicate optical fibers", Optical Fiber Technology, 2, pp. 387 -393 (1996).
41. Lambert S.G., Casey W.L. Laser communications in space (Norwood: Artech House, Inc., 1995).
42. Koyama Y., Aizono M., Morikawa E., Suzuki R., Yasuda Y., "Evaluation of a high-power optical amplifier for intersatellite links", SPIE Proc., vol. 4957, pp; 164-171 (2003).
43. Toyoshima^ M., Takizawa K., Kuri T., Klaus W., Toyoda M.,Kunimori H:, Jono T., Takayama Y., Kura N., Ohinata K., Arai K., and. Shiratama K., "Ground-to-OICETS laser communication experiments", SPIE Proc., vol. 6304, pp. 63040B1 -63040B8 (2006).
44. Lien Y., Reinhold E., Wernham D., Endemann M., et al., "Risk mitigation in Spaceborne Lasers", Proc. of SPIE, vol., 6182, pp. 618202 618211 (2006).
45. Wysocki P.F., Digonnet-MJ.F., Kim B:Y., and Shaw H.J., "Characteristics of erbium-doped superfluorescent fiber sources for interfereometric sensor, applications", J. Lightwave Technol., 123., pp. 550 567 (1994).
46. Burns W.K., Chen C.L., Moeller R.P., "Fiber-optic gyroscope with broad-band-sources", IEEE J. Lightwave Technology, 11,.; pp. 98 105 (1983).
47. Holcomb D., "High power optical amplifiers for free-space communication systems", OFC'2007Proc., Anaheim, CA, Paper OMF1 (2007).
48. Справочник no лазерам под ред. Прохорова A.M. ( M.: Сов. радио, 1978, 4.1. 504 е.).
49. Rose T.S., Gunn D., and Valley G.C., "Gamma and proton radiation effects in erbium-doped fiber amplifiers: active and passive measurements", J. Lightwave Technol., vol. 19, pp. 1918 1923 (2001).
50. Henschel H., Kôhn O., Schmidt H.U., Kirchhof J., Unger S., "Radiation-induced loss of rare earth doped silica fibres", IEEE Trans. Nucl. Sci., 45(3), pp. 1552- 1557(1998).
51. Van Uffelen Ml, Girard S., Goutaland F., Gusarov A., Brichard B., Berghmans F., "Gamma radiation effects in Er-doped' silica fibres", IEEE Trans. Nucl. Sci., 51(5), pp: 2763 2769 (2004).
52. Golstos W.C., "Radiation-induced loss in Er-doped-fiber amplifier systems", SPIE, vol. 2699, pp. 304-309 (1996).
53. Williams G.M., Putnam M:A., Askins C.G., Gingerich M.E., and'Friebele E.J., "Radiation effects in erbium-doped optical'fibres", Electronics Lett., 2819., pp. 1816-1818(1992).
54. Alam M., Abramczyk J., Madasamy P., Torruellas W., and Sanches A, "Fiber amplifier performance in y-radiationi environment", OFC-2007, paper OMF4.pdf, Anaheim Convention Center, Anaheim, California, USA, March 25 -29 (2007).
55. Sanada K., Shamoto T., Inada K., "Radiation resistance of graded-index fibres with a core of Ge-, F- or B and F-codoped Si02 glass", Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 189, pp. 283 290 (1995).
56. Friebele E.Ji, Gingerich M.E., and* Griscom D.L., "Survivability of optical*, fibres in space", SPIE, vol4: 1791, pp. 177 187 (1992):
57. Wijnands.T., De Jonge L.K., Kuhnhenn J., Hoeffgen S.K., Weinand U., "Optical absorption in commercial single mode'optical fibres in*a high energy physics radiation field", IEEE Trans. Nucl. Sci., 554., pp., 2216 2222' (2008).
58. Vedda A., Chiodini N., Di-Martino-D:, Fasoli M., Keffer.S., Lauria A., Martini
59. M., Moretti F., and Spinolo G., "Ce3+-doped fibers for remote radiation dosimetry", Appl. Phys: Lett., vol. 85, p. 6356 (2004);
60. Borgermans P., Brichard B., Berghmans F., Decreton M.'C., Golant K.M., Thomashuk A.L., and Nikolin LV., "Dosimetry-with optical fibers: results for pure silica, phosphorus, erbium doped samples", Proc. SPIE,.vol. 4204, pp. 151 -160(2001).
61. Williams G.M., Putnam-M.A., Askins C.G., Gingerich M.E., and Friebele E.J:,
62. Radiation-induced coloring of erbium-doped optical fibres", SPIE, vol. 1791, pp. 274-283 (1992).
63. Reigner E., Flammer I., Girard S., Gooijer F., Achten F., Kuyt G., "Low-dose radiation-induced attenuation at infrared wavelength. for P-doped, Ge-doped and pure1 silica-core optical fibres", IEEE Trans.Nucl.Sci., 544., pp. 1115 — 1119(2007).
64. Williams G.M., Wright B.M., Mack W.D., Friebele E.J., "Projecting the performance of erbium-doped fiber devices in a space radiation environment", Proc. of SPIE, vol. 3848, pp. 271 280 (1999).
65. Greenwell R.A., "Reliable fiber optics for the adverse nuclear environment", Optical Engineering, 306., pp. 802 807 (1991).
66. MorbH., Suzuki Y., Hirai M:, "Selective photobleaching of radiation-induced absorption in a-Si02", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, vol. 91, pp. 391 -394(1994).
67. Henshel H., Kohn O., "Regeneration of irradiated, opticab fibers by photobleaching?", IEEE Transactions on Nuclear Science, 473., pp. 699 -704 (2000).
68. Simpson J.R., MacChesney J.B., "Optical Fibres with an Al203-doped Silicate Core Composition", Electron. Letters, 19, pp. 261 -262 (1983).
69. Scott C.J., "Optimization of composition for Al203/P205-doped optical fiber", Techn. Dig. Top. Meet. Optical Fiber Communication Conference (OSA, New Orlean, 23-25 January), 70 (1984).
70. Nagel S.R., MacChesney J.B., Walker K.L., "An overview, of Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) process and performance", IEEE Journal of Quantum Electronics, 18, p.459 (1982).
71. Townsend J.E., Poole S.B., Payne D.N., "Solution-doping technique- for fabrication of rare-earth-doped optical fibres", Elecronics Letters, 23, p. 329 (1987).
72. Хопин В.Ф., Умников А.А., Гурьянов A.H., Бубнов M.M., Сенаторов A.K., Дианов Е.М., "Легирование заготовок волоконных световодов методом пропитки пористого слоя кварцевого стекла растворами солей", Неорганические материалы, 41, с. 363 (2005).
73. Фурман А.А., "Неорганические хлориды", (М'.:Химия, 1980, с. 147).
74. Bubnov М:М., Dianov Е.М., Egorova O.N., Semjonov S.L., Guryanov A.N., Khopin V.F., DeLiso E.M., "Fabrication and investigation of single-mode highly phosphorus-doped fibers for Raman lasers", Proceedings of SPIE, 4083, p. 12 (2000).
75. Aramaki S., Roy R., "Revised phase diagram for the system Al203-Si02", Journal of American-Ceramic Society, 45, p. 229 (1962).
76. Unger S., Schwuchow A., Dellith J., Kirchhof J., "Codoped materials for high power lasers diffusion behaviour and optical properties", Proceedings of SPIE, 6469, p. 646913 (2007).
77. Дианов E.M., Колташев B.B., Плотниченко В.Г., Соколов В.О., Сулимов В.Б., "Изменение структуры фосфорно-силикатного стекла под действием* УФ излучения", Физика и химия стекла, 24, с. 693 (1998).
78. Hosono Н., Kawazoe Н., "Radiation-induced coloring and paramagnetic centers in synthetic Si02: A1 glasses", Nuclear Instruments and methods. in physics research, B91, p. 395 (1994).
79. Schultz P.C., "Optical Absorption- of the Transition Elements in Vitreous Silica", Journal of The American Ceramic Society, 57, p. 309 (1974).
80. Olshansky R., "Propagation in glass optical waveguides", Reviews of Modern Physics, 51, p. 341 (1979).
81. Gambling W.A., Payne D.N., Hammond C.R., Norman S.R., "Optical fibres based on phosphosilicate glass", IEEE Proceedings, 123, p. 570 (1976).
82. Likhachev M.E., Bubnov M.M., Zotov K.V., Lipatov D.S.,Yashkov M.V., and Guryanov A.N.,'"Effect of the AIPO4 join on the pump-to-signal conversionefficiency in heavily Er-doped fibers", Optics Letters, 3421., pp. 3355 3357 (2009).
83. Jetschke S., Unger S., Schwuchow A., Leich M., and Kirchhof J., "Efficient Yb laser fibers with low photodarkening by optimization of the core composition", Opt. Express, 16, p. 15540 (2008).
84. Unger S., Schwuchow A., Jetschke S., Reichel V., Leich M., Scheffel A.,.and Kirchhof J., "Influence of aluminum-phosphorus codoping on optical properties of ytterbium-doped laser fibers", Proc. SPIE, 7212, p. 7212 IB (2009).
85. Quimby R.S., Miniscalco W.J., and Thompson В., "Quantitative characterization of clustering in erbium-doped* silica glass fibers", Proc. SPIE, 2073, p. 2 (1993).
86. Myslinski P., Nguyen D., and Chrostowski J., "Effects of Concentration on the Performance of Erbium-Doped Fiber Amplifiers", IEEE J. Lightwave Technoh, 15l.,pp. 112-120(1997).
87. Зотов K.B., Лихачев M.E., Томашук А.Л., Бубнов М.М., Яшков М.В., Гурьянов А.Н., "Радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, легированного эрбием", Квантовая Электроника, 3710., сс. 1 -4(2007).
88. Zotov К. V., Likhachev М.Е., Tomashuk A.L., Bubnov M.M., Yashkov M.V., Guryanov A.N., and Klyamkin S.N., "Radiation-resistant erbium-doped1 fiber for spacecraft applications", IEEE Transacrions on Nuclear Science, 554., pp. 2213-2215 (2008).
89. Nagasawa K., Hoshi Y., Ohki Y., and Yahagi K., "Improvement of radiation resistance of pure silica core fibers by hydrogen treatment", Japanese Journal of Applied Physics, 249., pp. 1224 1228 (1985).
90. Miller A.E., Yan M.F., Watson H.A., and Nelson K.T., "Radiation-hardened, optical fibers for high dosage space application", Mat. Res. Soc. Symp., 244, pp. 3-8 (1992).
91. A.L. Tomashuk, K.M. Golant, E.M. Dianov, S.N. Klyamkin, Bubnov M.M., Semjonov S.L., Patent No. RU2222032 (2004).
92. Tomashuk A.L., Bogatyrjov V.A., Dianov E.M., Golant K.M., Klyamkin S.N., Nikolin I.V., Zabezhailov MIO., "Hermetically metal coated H2 -containing radiation-resistant optical fibers", Proc. ofSPIEInt. Soc. Opt. Eng., 4547, pp. 69 73 (2002).
93. Bubnov M.M., Dianov E.M., Prokhorov A.M., Semjonov S.L., Shchebunyaev A.G., Kurkjian C.R., "High-strength carbon-coated optical fibre", Sov. Lightwave Commun., 23., pp. 245 250 (1992).
94. Shiota T., Hidaka H., Fukuda O., Inada K., "High temperature effects of aluminum coated fiber", J. Lightwave Technology, 4, pp. 115 1156 (1986).
95. Marcerou JtF., Hervo J., Artigaud S., Fevrier H., Guitton P., and Landais S., "Hydrogen1 sensitivity of erbium-doped fiber amplifiers", ECOC'92, Paper We P2.8, pp. 497-500 (1992).
96. Mochizuki K., Namihira Y., Kuwazura Ml, and Iwamoto Y., "Behavior of hydrogen molecules adsorbed- on silica in optical fibers", IEEE J. of Qantum Electronics, vol. QE-207., pp. 694 697 (1984).
97. Lemaire P.J., "Reliability of optical fibers exposed to hydrogen: prediction of long-term loss increases", Optical Engineering, 306., pp. 780-789 (1991).
98. LuValle M.J., et al., "Radiation-induced loss predictions for pure silica core, polarization-maintaining fibers", Proc. SPIE, 6193, pp. 61930J-1 61930J-12 (2006).
99. Griscom D.L., Gingerich M.E., and Friebele E J:, "Radiation-induced defects in glasses: origin of power-law dependence of concentration; on dose", Phys. Rev. Letters, 71 71, pp. 1019- 1022 (1993).
100. Амосов A.B., Корнев B.B:, Малышкин С.Ф., "Миоготипность радиационных центров окраски на алюминии в кварцевых стеклах", Физика и Химия стекла, 72., сс. 209 214 (1981).
101. Kirchhof J;, Unger S., Schwuchow A., Jetschke S., Кларре В., "Dopant interactions in high power laser fibers", Proc. SPIE, 5723, pp. 261 — 272 (2005).
