Фотоиндуцированное поглощение и люминесценция в волоконных световодах, легированных ионами иттербия

Методами анализа спектров поглощения и спектров люминесценции исследованы фотохимические реакции в сетке стекла сердцевины иттербиевых световодов при воздействии на них лазерного ИК-излучения накачки и УФ-излучения. Также были проведены сравнительные исследования спектров наведенного поглощения и спектров люминесценции образцов заготовок с различными составами стекла сердцевины: Al2O3:SiO2, Al2O3:Yb2O3:SiO2 и P2O5:Yb2O3:SiO2.

В спектре УФ поглощения образцов выявлены полосы сильного поглощения при энергиях падающего излучения 5.1 и 6.5 эВ, что играет главную роль в процессе фотоиндуцированного наведения центров окраса стекла. Возбуждение полос поглощения 5.1 и 6.5 эВ квантами УФ-излучения с длинами волн 244 и 193 нм приводит к восстановлению части ионов Yb3+ до состояния Yb2+.
Установлено, что фотопотемнение иттербиевых световодов при воздействии ИК-излучения накачки связано с наведением поглощения кислородо-дырочных центров.
Предложена феноменологическая модель эффекта фотопотемнения иттербиевых световодов при воздействии ИК-излучения накачки, согласно которой процесс фотопотемнения стекла сердцевины происходит из-за эффекта, связанного с одновременным возбуждением кластера, состоящего из нескольких близко расположенных ионов Yb3

Актуальность проблемы ………………………. 2
Введение ……………………………………………….. 3
Результаты эксперимента [1]…………………. 7
Данные с синхротрона …………..……………… 15
Заключение. ……………………………………..……. 17
Литература ……………………………………………... 18

Работа выполнена согласно требований ГОСТ. Сдана на отлично. Уровень оригинальности текста на антиплагиат.ру составил 87

1. А.А. Рыбалтовский, Алешкина, М.Е. Лихачев, М.М. Бубнов, А.А. Умников, М.В. Яшков, А.Н. Гурьянов, Е.М. Дианов. Фотоиндуцированное поглощение и люминесценция в волоконных световодах, легированных ионами иттербия.
2. Atkins G.R., Carter A.L.G., «Photodarkening in Tb3+-doped phosposilicate and germanosilicate fibers», Optics Letters, 19, № 12, 874 (1994).
3. Koponen J., Söderlund M.J., S. Tammela S.K.T, Po H., « Photodarkening in ytterbium-doped silica fibers», Proc. of SPIE, 5990, 599008 (2005).
4. Morasse B., Chatigny S., Gagnon E., Hovington C., Martin J.-P., de Sandro J.-P., «Low photodarkening single cladding ytterbium fiber amplifier», Proc. of SPIE, 6453, 64530H (2007).
5. Koponen J., Söderlund M.J., Hoffman H.J., Tammela S.K.T, «Measuring photodarkening from single-mode ytterbium doped silica fibers», Optics Express, 14, № 24, 11539 (2006).
6. Koponen J., Söderlund M.J., Hoffman H.J., Kliner D.A.V., Koplow J.P., Hotoleanu M., «Photodarkening rate in Yb-doped silica fibers», Applied Optics, 47, № 9, 1247 (2008).
7. Koponen J., Laurila M., Hotoleanu M., «Inversion behavior in core- and cladding-pumped Yb-doped fibers for photodarkening measurements», Applied Optics, 47, № 25, 4522 (2008).
8. Jetschke S., Unger S., Röpke U., Kirchhof J., «Photodarkening in Yb-doped fibers: experimental evidence of equilibrium states depending on the pump power», Optics Express, 15, № 22, 14838 (2007).
9. Shubin A., Yashkov M., Melkumov M., Smirnov S., Bufetov I., Dianov E., «Photodarkening of alumosilicate and phosphosilicate Yb-doped fibers», Proc. of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Europe-IQEC 2007), Germany, Munich (2007).
10. Jasapara J., Andrejco M., DiGiovanni D., Windeler R., «Effect of heat and H2 gas on the photo-darkening of Yb3+ fibers», Proc. of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2006), CTuQ5, Long Beach, California, USA (2006).
11. Engholm M., Norin L., «Divalent ytterbium in ytterbium doped aluminosilicate glass –aspects on photodarkening in fiber lasers», Proc. of Photonic Applications, Systems & Technologies Conference (PhAST-2007), Baltimore, Maryland, USA, JTuA61, (2007).
12. Yoo S., Basu C., Boyland A. J., Sones C., Nilsson J., Sahu J.K., Payne D., «Photodarkening in Yb-doped aluminosilicate fibers induced by 488 nm irradiation», Optics Letters, 32, № 12, 1626 (2007).
13. Dragic P.D., Carlson C.G., Croteau A., «Characterization of defect luminescence in Yb doped silica fibers: part I NBOHC», Optics Express, 16, № 7, 4688 (2008).
14. Carlson C.G., Keister K.E., Dragic P.D, Croteau A., Eden J.G., «Photoexcitation of Yb-doped aluminosilicate fibers at 250 nm: evidence for excitation transfer from oxygen-deficiency centers to Yb3+», J. Opt. Soc. Am. B, 27, № 10, 2087 (2010).
15. Jetschke S., Unger S., Schwuchow A., Kirchhof J., «Efficient Yb laser fibers with low photodarkening by optimization of the core composition», Optics Express, 16, № 20, 15540 (2008).
16. Engholm M., Jelger P., Laurell F., Norin L., «Improved photodarkening resistivity in ytterbium-doped fiber lasers by cerium codoping», Optics Letters, 34, № 8, 1285 (2009).
17. Shubin A.V., Rybaltovsky A.A., Tomashuk A.L., Melkumov M.A., Yashkov M.V., Guryanov A.N., Bufetov I.A., Dianov E.M., «Photodarkening of Yb-doped fibers: the nature of the color centers and the effect of H2-loading», 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS’09), 13-17 July 2009, Spain, Barcelona (2009).
18. Leich M., Röpke U., Jetschke S., Unger S., Reichel V., Kirchhof J., «Non-isothermal bleaching of photodarkened Yb-doped fibers», Optics Express, 17, № 15, 12588 (2009).
19. .Leich M., Jetschke S., Unger S., Kirchhof J., «Temperature dependence of photodarkening kinetics», Proc. of SPIE, 7580, 758009 (2010).
20. Gusev E.V., Turoverov K.K., «Alentsev-Fok method of resolving complex spectra», J. of Applied Spectroscopy, 29, № 1, 844 (1978).
21. Сулимов В.Б., Соколов В.О., Дианов Е.М., Пумеллек Б., «Роль кислородных вакансий в механизме записи УФ излучением решеток показателя преломления в световодах и фотоиндуцированные превращения в кварцевом стекле», Квантовая электроника, 23, № 11, 1013 (2007).
22. Skuja L., «Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide», J. of Non-Crystalline Solids, 239, 16 (1998).
23. Engholm M., Norin L., Aberg D., «Strong UV absorption and visible luminescence in ytterbium-doped aluminosilica1te glass under UV excitation», Optics Letters, 32, № 22, 3352 (2007).
24. Engholm M., Norin L., «Reduction of photodarkening in Yb/Al-doped fiber lasers», Proc. of SPIE, 6873, 68731E (2008).
25. Engholm M., Norin L., «Preventing photodarkeninig in ytterbium-doped high power fiber lasers; correlation to the UV-transparency of the core glass», Optics Express, 16, № 2, 1260 (2008).
26. Engholm M., Norin L., «The role of charge transfer processes for the induced optical losses in ytterbium doped fiber lasers», Proc. of SPIE, 7195, 71950T (2009).
27. Pieterson L., Heeroma M., Heer E., Meijerink A., «Charge transfer luminescence of Yb3+», J. of Luminescence, 91, 177 (2000).
28. Lizzo S., Klein Nagelwoort E.P., Erens R., Meijerink A., Blasse G., «On the quenching of the Yb2+ luminescence in different host lattices», J. Phys. Chem. Solids, 58, № 6, 963 (1997).
29. Ковалёва И.В., Колобков В.П., Старостина Г.П., «О некоторых особенностях люминесценции ионов Eu2+ и Yb2+ в кварцевых стеклах», Физика и химия стекла, 12, № 2, 222 (1986).
30. Kirchhof J., Unger S., Schwuchow A., Grimm S., Reichel V., «Materials for high-power fiber lasers», J. of Non-Crystalline Solids, 352, 2399 (2006).
31. Реут Е.Г., «Природа люминесценции двухвалентных ионов Eu и Yb в кристаллах типа флюорита», Оптика и Спектроскопия, 40, № 1, 99 (1976).
32. Guerassimova N., Kamenskikh I., Krasikov D., Mikhailin V., Zagumennyi A., Koutovoi S., Zavartsev Yu., Pedrini C., «Luminescent properties of Yb-doped LaSc3(BO3)4 under VUV excitation», Radiation Measurements, 42, 874 (2007).
33. Krasikov D.N., Scherbinin A.V., Vasil’ev A.N., Kamenskikh I.A., Mikhailin V.V., «Model of Y2O3–Yb charge-transfer luminescence based on ab initio cluster calculations», J. of Luminescence, 128, 1748 (2008).
34. Низамутдинов А.С., Семашко В.В., Наумов А.К., Абдулсабиров Р.Ю., Кораблева С.Л., Марисов М.А., «Фотодинамические процессы в кристаллах CaF2, активированных ионами Ce3+ и Yb3+», Физика твердого тела, 47, № 8, 1403 (2005).
35. Kazcmarek S.M., Tsuboi T., Ito M., Boulon G., Leniec G., «Optical study of Yb3+/Yb2+ conversion in CaF2 crystals», J. Phys. Condens. Matter, 17, 3771 (2005).
36. Trukhin A.N., Golant K.M., «Absorption and luminescence in amorphous silica synthesized by low-pressure plasmachemical technology», J. of Non-Crystalline Solids, 353, 530 (2007).
37. Мелькумов М.А., Буфетов И.А., Кравцов К.С., Шубин А.В., Дианов Е.М., «Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных P2O5 и Al2O3», Квантовая электроника, 34, № 9, 843 (2004).
38. Курков А.С., Дианов Е.М., «Непрерывные волоконные лазеры средней мощности », Квантовая электроника, 34, № 10, 881 (2004).
39. Magne S., Querdane Y., Druetta M., Goure J.P., Ferdinand P., Monnom G., «Cooperative luminescence in an ytterbium-doped silica fiber», Optics Communications, 111, 310 (1994).
40. Chen Z., Freedhoff E., «Cooperative atomic effects in two-photon spontaneous emission and resonance fluorescence», Phys. Review A, 44, № 1, 546 (1991).
41. Chen X., Li S., Song Z., Du W., Wen O., Sawanobori N., «Study of strong cooperative upconversion luminescence of ytterbium-ytterbium clusters in oxyfluoride glass», J. Opt. Soc. Am. B, 23, № 12, 2581 (2006).
42. Kir’yanov A.V., Barmenkov Y.O., Martinez I.L., Kurkov A.S., Dianov E.M., «Cooperative luminescence and absorption in Ytterbium-doped silica fiber and the fiber non-linear transmission coefficient at λ=980 nm with a regard to the Ytterbium ion-pairs’ effect », Optics Express, 14, № 9, 3981 (2006).
43. Guzman Chavez A.D., Kir’yanov A.V., Barmenkov Y.O., Il’ichev N.N., «Reversible photo-darkening and resonant photo-bleaching of Ytterbium-doped silica fiber at in-core 977-nm and 543-nm irradiation», Laser Phys. Lett., 4, № 10, 734 (2007).
44. Kir’yanov A.V., Barmenkov Y.O., Mendoza-Santoyo F., Cruz J.L., Andres M.V., «Near-IR-to-visible emission in ytterbium-doped silica fiber at in-core 488-nm pumping», Laser Phys. Lett., 5, № 12, 898 (2008).
45. Peretti R., Jurdyc A-M., Jacquier B., Gonnet C., Pastouret A., Burov E., Cavani O., «How do traces of thulium explain photodarkening in Yb doped fibers?», Optics Express, 18, № 19, 20455 (2010).
46. Jetschke S., Leich M., Unger S., Schwuchow A., Kirchhof J., «Influence of Tm- or Er-codoping on the photodarkening kinetics in Yb fibers», Optics Express, 19, № 15, 14473 (2011).
47. Hosono H., Kawazoe H., «Radiation-induced coloring and paramagnetic centers in synthetic SiO2:Al glasses», Nuclear Instruments and Methods in Phys. Research B, 91, 395 (1994).
48. Trukhin A.N., Teteris J., Fedotov A., Griscom D.L., Buscarino G., «Photosensitivity of SiO2-Al and SiO2-Na glasses under ArF (193 nm) laser», J. of Non-Crystalline Solids, 355, 1066 (2009).
49. Hosono H., Kajihara K., Hirano M., Oto M., «Photochemistry in phosphorus-doped silica glass by ArF excimer laser irradiation: crucial effect of H2 loading», J. of Applied Physics, 91, № 7, 4121 (2002).
50. Ishii T., «First-principles calculations for the cooperative transitions of Yb3+ dimer clusters in Y3Al5O12 and Y2O3 crystals», J. of Chemical Physics, 122, 024705 (2005).