Главная » 2014»Август»27 » Скачать Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах. Лихачев, Михаил бесплатно
04:20
Скачать Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах. Лихачев, Михаил бесплатно
Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах
Диссертация
Автор: Лихачев, Михаил Евгеньевич
Название: Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах
Справка: Лихачев, Михаил Евгеньевич. Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.21 Москва, 2005 126 c. : 61 05-1/1256
Объем: 126 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
Глава
I Механизмы оптических потерь в волоконных световодах в ближней ИК области
07 18 мкм (обзор литературы)
§11 Рэлеевское рассеяние
§12 Электронное поглощение
§13 Фононное поглощет1е
§14 Механизмы избыточных потерь
Глава
II Исследование величины рэлеевского рассеяния в высоколегированных одномодовых световодах
§21 Методы измерения рэлеевского рассеяния
§22 Измерение коэффипиептов рэлеевского рассеяния при HOMOUUI метода обратного рассеяния
§23 Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния от концентрации легирующей добавки и температуры вытяжки световода
§24 Приложение Пересчет усредненных по ППП коэффициентов рэлеевского рассеяния в коэффициенты для равномерно легированного стекла
241 Линейная зависимость коэффициента рэлеевского рассеяния от концентрации легирующей добавки
242 Ступенчатый профиль показателя преломления
Глава
III Исследование пространственного распределения оптических потерь по сечению одномодовых в ближней ИК области спектра световодов
§31 Постановка проблемы Существуюпи1е методы
§32 Модификация метода измерсния дифференциальных модовых потерь, для случая мало\юдовых световодов
321 Используемые обозначения
322 Описание методики
§33 Результаты измере1П1Я дифференциальных модовых потерь в высоколегированных световодах
§34 Величина оптических потерь в сердцевине световода и на границе сердцевина-оболочка
§35 Спектральная зависимость избыточных оптических потерь, возникающих в области центрального провала в ППП и на границе сердцевина-оболочка
Глава
IV Исследование угловой зависимости интенсивности света рассеянного в одномодовых световодах
§41 Краткий обзор существующих методов
§42 Исследование угловой зависилюсти интенсивности света рассеянного под малыми углами к оси световода
§43 Установка для измере}Н1я углового распределения интенсивности рассеянного света в широком диапазоне углов
§44 Результаты измерения 1И1тенсивности рассеянного света в широком диапазоне углов
§44 Приложение к параграфу
Глава
V Избыточные потери в высоколегированных германо- п фосфоро-силикатных световодах (обсуждение результатов)
§51 Причины возникнове1И1я избыточных оптических потерь
511 Природа избыточных потерь
512 Механизм появления неоднород1юстей, приводяици к появлению избыточных потерь
§52 Снижение избыточных оптических потерь путем оптимизации ППП (сравнение VAD и MCVD технологий)
§53 Избыточные оптические потери в лиюгомодовых и одномодовых высоколегированных световодах
Введение:
Развитие волоконной оптики в первую очередь связано с бурным развитием волоконно-оптической связи в течении последних 20 - 30 лет. В то же время, волоконные световоды оказались не только прекрасной передающей средой, характеризующейся очень низкими оптическими потерями и широкой полосой пропускания, но и перспективным нелинейным элементом для ряда приложений, часто напрямую не связанных с оптическими системами передачи информации. Вследствие этого, большое внимание уделяется высоколегирова1шым одномодовым волоконным световодам. Малый размер поля моды, практически иеограничеьншя длина взаимодействия и простота соединения со стандартными одно\юдовыми световодами делают такие /световоды идеальным нелинейным элементом для самых разнообразных приложений.Световоды с повышенной (по сравнению со стандартными световодами) концентрацией оксида германия широко используются в рамановских лазерах и усилителях [1, 2], параметрических усилителях [3], при нелинейном переключенни импульсов [4], генерации суперконтинуума [3, 5] и во многих других устройствах [5-9]. Световоды, легированные до высоких концентраций оксида фосфора нашли применение в рамановских конвертерах. Стекло, легированное оксидом фосфора, обладает значительно большей величиной рамановского сдвига (1330 см') по сравнению с германосиликатным стеклом (440 см''). Это позволяет значительно уменьшить количество каскадов в рамановских конверторах при получении больших величин рамановских сдвигов [10, 11].Эффективность нелинейных эффектов, как известно, определяется плотностью световой ЛЮЩЕЮСТИ, сосредоточенной в сердцевине световода, которая увеличивается при уменьшении размера поля моды. Для достижения малого размера поля моды (и, следователыю, высокой плотности мощности) необходимо иметь большую разницу показателей преломления An сердцевины и оболочки световода, что обусловливает интерес к созданию технологии световодов с возлюжно большим содержанием легирующей добавки в сердцевине.Величина An растет практически линейно с увеличением концентрации GeOz в сердцевине. При концентрации 30 мол.% СеОг она составляет 0.043.Увеличение концентрации от 3 мол.% (соответствующей стандартным одномодовым световодам для линии связи) до 30 мол.% СеОг приводит к увеличению нелинейности световода более чем на порядок. В то же врсхмя, с увеличением концентрации оксида германия в сердцевине резко возрастают полные оптические потери, что существенно снижает эффективность устройств, в которых используются такие световоды. Так в световодах, изготовленных методом MCVD, оптические потери на длине волны 1.55 мкм до недавнего времени превышали 2-5 дБ/км при концентрации оксида германия 30 мол.Уо [12-14]. В световодах, легированных оксидом фосфора ситуация оказалась аналогичной, и отличается только тем, что резкий рост оптических потерь начинается уже при концентрациях 15 мол.% Р2О5 (Дп=0.013), где оптические потери превышают 3 дБ/км на длине волны 1.24 мкм [15, 16].Уровень оптических потерь в высоколегированных световодах, изготовле}И1Ых MCVD методом, значительно превышает теоретические оценки оптических потерь за счет фундаментальных механизмов: 0.5 дБ/км на длине волны 1.55 мкм для световодов, содержащих 30 мол.% оксида германия и 0.3-0.4 дБ/км на длине волны 1.24 мкм для световодов, содержащих 10-15 мол.% оксида фосфора. Необходилю отметить, что современный уровень очистки исходных веществ и используемые в настояи^ее время технологии изготовления световодов MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) [17], OVD (Outer Vapor Deposition) [18], VAD (Vapor Axial Deposition) [19] и PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) [20] гюзволяют полностью избавиться от всех нежелательных примесей в световоде, имеющих полосы поглощения на данных длинах волн. Таким образом, наблюдающийся высокий уровень оптических потерь обусловлен, по всей видимости, либо собственными свойствами высоколегированного кварцевого стекла, либо особенностялт процесса изготовления световодов.Актуальным представляется исследование природы механизмов, обуславливающих столь высокий уровень оптических потерь, а так же поиск методов, позволяющих понизить величину оптических потерь в высоколегированных световодах.Цель работы Целью настоящей работы является изучение механизмов оптических потерь в высоколегированных одномодовых световодах, изготовленных MCVD методом, и поиск методов снижения полных оптических потерь в таких световодах.Для достижения заявленной цели были поставлены следующие ЗАДАЧИ.
1. Определенне вклада фундаментальных механизмов в оптические потери в высоколегированных одномодовых световодах.2. Исследование механизлюв оптических потерь, отличных от фундаментальных и приводящих к заметному росту оптических потерь в ближней ИК области спектра (1 - 1.6 мкм). Определение вклада таких механизмов в полные оптические потери.3. Исследование влия[И1я' различных технологических факторов на величину оптических потерь в высоколегированных световодах.Структура II объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка ffk цитируемой литературы. в первой главе представлен обзор литературы, посвященной исследованию различных меха1И13мов оптических потерь в волоконных световодах с высоким содержанием оксида германия либо оксида фосфора.Рассмотрены фундаментальные механизмы оптических потерь: рэлеевское рассеяние, УФ и ИК поглощение,- а так же показан современный уровень понимания природы избыточных оптических потерь.Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному исследованию величины рэлеевского рассеяния в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах.В третьей главе представлены результаты исследований пространственного распределения оптических потерь по сечению световодов. Описана людифицированная методика измерения дифференциальных модовых потерь, позволяющая определять оптические потери отдельных мод в маломодовом режиме. На основе полученных данных определены области повыше1Н1ЫХ оптических потерь в поперечном сече1Н1И высоколегированных oднo^юдoвыx световодов.Четвертая глава посвящена исследованию механизмов оптических потерь обусловле1П1Ых рассеянием света, отличного от рэлеевского, в высоколегированных одномодовых световодах. На основе оригинальной установки проведены измерения индикатрисы рассеяния и определен вклад в полные оптические потери потерь на рассеяние света.Пятая глава посвящена анализу полученных результатов. Обсуждаются механизмы появления избыточных оптических потерь. Предложены пути снижения оптических потерь в высоколегированных световодах, изготовленных при помощи MCVD технологии. Обсуждаются причины различия величины оптических потерь в одгюмодовых и многомодовых световодах, В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.Научная новизна Впервые проведены прямые измерения величины коэффициента рэлеевского рассеяния в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах.Показано, что в высоколегированных световодах, одномодовых в ближней ИК области, источники избыточных оптических потерь локализованы в области границы сердцевина-оболочка и в области центрального провала профиля показателя преломления (ППП).Установлено, что избыточные оптические потерн в высоколегированных световодах целиком обусловлены отличным от рэлеевского аномальным рассеянием, возникающим на границе сердцевинаоболочка и в области центрального провала ППП. Впервые экспериментально определена спектральная зависимость избыточных оптических потерь обусловленных аномальным рассеянием.Пршсгпчсскан ценность Модифицирован метод измерения дифференциальных модовых потерь и впервые предложена методика, позволяющая оценивать распределение оптических потерь по сечению малолюдового световода.Разработана оригинальная установка, позволяющая измерять индикатр1юу рассеяния в широком диапазоне углов при относительно небольшой введенной мощност!! зондирующего излучения.Модификация технологии изготовления высоколегированных световодов позволила изготовить образцы световодов, обладающих рекордно низким для MCVD метода уровнем оптических потерь. Предложены дальнейшие пути уменьшенггя оптических потерь в высоколегировашгых световодах, изготовленных методом MCVD. <т Лпробацпи работы Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Европейской конференции по оптической связи (European Conference on Optical Communications) в 2003 и 2004 годах, а так же на научных семинарах НЦВО при ИОФ РАН. В 2002 и 2003 годах работы, вошедшие в диссертацию, занимали соответственно 1-2 и 1 место на конкурсе работ молодых ученых, проводилюм в НЦВО. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работы в рецензируемых журналах.
