Лаборатория технологии волоконных световодов

Разработка и изготовление инновационных волоконных световодов

Направления:

• Различные типы микроструктурированных волоконных световодов:
  - с большим диаметром поля моды для волоконных лазеров
  - с малым размером сердцевины для генерации суперконтинуума и нелинейного преобразования света
  - с воздушной сердцевиной
  - с фотонной запрещенной зоной без воздушных отверстий

• двулучепреломляющие световоды;

• волоконные световоды, стойкие к воздействию водорода и радиации;

• легирование кварцевого стекла активными добавками;

• технологические аспекты получения активных волоконных световодов.

Основные научные результаты:

Предложен новый тип микроструктурированных волоконных световодов с полой сердцевиной. Этот новый тип световодов также дает возможность транспортировать мощное лазерное излучение в широком спектральном диапазоне (от УФ до среднего ИК). Экспериментально подтверждено, что в предложенной конструкции микроструктурированных световодов из кварцевого стекла свет может направленно распространяться в спектральном диапазоне вплоть до 4.5 мкм, где кварцевое стекло практически непрозрачно. Впервые продемонстрирована возможность направленного распространения излучения СО₂-лазера в световоде с полой сердцевиной на основе халькогенидного стекла.

Разработан новый дизайн микроструктурированного световода с высоким двулучепреломлением, в котором стеклянная сердцевина окружена двумя или более рядами отверстий одинакового диаметра с различным расстоянием между отверстиями. Показано, экспериментально и теоретически, что такая конструкция обеспечивает значительное двулучепреломление (до 5×10-4) при низкой круговой ассиметрии выходного оптического излучения.

Впервые изготовлен и исследован световод без воздушных отверстий, локализующий излучение за счет эффекта запрещенной зоны, с малым отношением диаметров неоднородностей в оболочке к расстоянию между ними (0.12). Диаметр поля моды в данном световоде на длине волны 1 мкм составил 20 мкм при одномодовом характере распространения. Оптические потери в середине фундаментальной полосы пропускания (в диапазоне длин волн 1000-1200 нм) составили 20 дБ/км при диаметре изгиба световода 30 см.

Разработана методика улучшения оптической однородности легированного кварцевого стекла, полученного методом MCVD для создания световодов с большим диаметром модового пятна.. Впервые изготовлен и исследован активный (легированный ионами иттербия) световод без воздушных отверстий, локализующий излучение за счет эффекта запрещенной зоны, с малым отношением диаметров неоднородностей в оболочке к расстоянию между ними (0.12). Диаметр поля моды в данном световоде на длине волны 1 мкм составил 18 мкм при одномодовом характере распространения.

Разработана технология получения легированного оптического материала, предназначенного для использования в качестве световедущей сердцевины кварцевых активных волоконных световодов, путем спекания порошкообразных оксидов исходных веществ. Экспериментально показано, что данная технология позволяет производить кварцевое стекло, легированное оксидами с низким давлением паров при температуре трансформации стекла (Al₂O₃, Bi₂O₃, оксиды редкоземельных элементов) в количестве 2 мол % и более. Изготовлены и исследованы световоды, легированные оксидами иттербия и висмута.

Проведено исследование механической прочности и статической усталости микроструктурированных световодов. Обнаружено, что уменьшение температуры вытяжки световодов не сказывается на их прочности в случае надлежащего качества поверхности отверстий и внешней поверхности заготовки. Получено также, что такие высокопрочные микроструктурированные световоды не проявляют какой-либо деградации оптических и механических свойств в лабораторных условиях, даже в случае незащищенных торцов. Зависимость прочности и параметра статической усталости таких световодов от вида вещества, заполняющего отверстия, сходна с поведением стандартных высокопрочных световодов с удаленным полимерным покрытием.

Впервые проведено комплексное исследование явления статической усталости кварцевого стекла (роста исходных дефектов размером от 2-3 нм до 1-2 мкм) в световодах с полимерным покрытием в присутствии влаги при различных скоростях нагружения (от статической нагрузки до нагружения со скоростью 104 ГПа/сек). Получено экспериментальное подтверждение существования эффекта ограничения скорости распространения трещины (в диапазоне 10-4-10-3 м/сек) скоростью диффузии влаги к вершине трещины. Показано определяющее влияние этого эффекта на прогнозирование долговечности световодов.

1. Bufetov I. A., Melkumov M. A., Firstov S. V., Shubin A. V., Semenov S. L., Vel'miskin V. V., Levchenko A. E., Firstova E. G., Dianov E. M., "Optical gain and laser generation in bismuth-doped silica fibers free of other dopants" // OPTICS LETTERS, 36 (2) 166-168 (2011)
2. Zlenko A. S., Dvoyrin V. V., Mashinsky V. M., Denisov A. N., Iskhakova L. D., Mayorova M. S., Medvedkov O. I., Semenov S. L., Vasiliev S. A., Dianov E. M., "Furnace chemical vapor deposition bismuth-doped silica-core holey fiber" // OPTICS LETTERS, 36 (13) 2599-2601 (2011)
3. Kosolapov A.F., Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Shiryaev V.S., Astapovich M.S., Snopatin G.E., Plotnichenko V.G., Churbanov M. F., Dianov E. M., "Demonstration of CO₂-laser power delivery through chalcogenide-glass fiber with negative-curvature hollow core" // Optics Express, 19 (25) 25723-25728 (2011)
4. Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Kosolapov A.F., Plotnichenko V.G., Semjonov S.L., Dianov E.M., "Demonstration of a waveguide regime for a silica hollow - core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectral region > 3.5 mm" // Optics Express, 19 (2) 1441-1448 (2011)
5. А.Н.Денисов, А.Е.Левченко, С.Л.Семенов, Е.М.Дианов, "Микроструктурированные волоконные световоды с большим двулучепреломлением и малой асимметрией поля моды" // Квантовая электроника, 41(6), 243-248 (2011).
6. Alexander N. Denisov; Andrey E. Levchenko; Sergei L. Semjonov; Evgeniy M. Dianov, "Microstructured fiber with high-birefringence and low mode field non-circularity", Fiber Lasers VIII: Technology, Systems, and Applications, edited by Jay W. Dawson, Proceeding of SPIE Vol.7914 (2011) 79142G
7. Ю.П. Яценко, В.О. Назарьянц, А.Ф. Косолапов, М.С. Астапович, В.Г. Плотниченко, Е.М. Дианов, А.Н. Моисеев, М.Ф. Чурбанов, В.В. Дорофеев, А.В. Чилясов, Г.Е. Снопатин, "Дисперсионные и волноводные характеристики микроструктурированных световодов из теллуритного стекла 68TeO₂-22WO₃-8La₂O₃-2Bi₂O₃ для генерации суперконтинуума", Квант. электроника, 2010, 40 (6), 513-518.
8. И.А. Буфетов, С.Л. Семенов, В.В. Вельмискин, С.В. Фирстов, Г.А. Буфетова, Е.М. Дианов, "Оптические свойства висмутовых активных центров в волоконных световодах из плавленого кварца без дополнительных легирующих добавок", Квант. электроника, 2010, 40 (7), 639-641.
9. А.С. Зленко , У.Г. Ахметшин , В.В. Двойрин , В.А. Богатырев , С.В. Фирстов , "Волоконные световоды с активной областью в виде кольцевой пленки кварцевого стекла, легированного ионами висмута", Квант. электроника, 2009, 39 (11), 1071-1073.
10. Yury P. Yatsenko, Alexey F. Kosolapov, Andrey E. Levchenko, Sergey L. Semjonov, and Evgeny M. Dianov, "Broadband wavelength conversion in a germanosilicate-core photonic crystal fiber", Opt. Lett. 34, 2581-2583 (2009)
11. Semjonov S.L., Egorova O.N., Kosolapov A.F, Levchenko A.E.,Velmiskin V.V., Pryamikov A.D.,Salganskiy M.Y., Khopin V.F., Yashkov M.V., Guryanov A.N., Dianov E.M. "LMA fibers based on two-dimensional solid-core photonic bandgap fiber design ", Fiber Lasers VII: Technology, Systems, and Applications, edited by Kanishka Tankala, Jay W. Dawson, Proceeding of SPIE Vol.7580 (SPIE, Bellingham, WA, 2010) 7580 18.
12. S.L. Semjonov, V.F. Khopin, M.Y. Salganskiy, A.N. Guryanov, A.F. Kosolapov, I.V. Nikolin, E.M. Dianov, "Multimode Graded-Index Fluorine-Doped Fibers for Harsh Environments Fabricated by MCVD-Method", Proc. CLEO/QELS'2010, San Jose, California, May 16-21, 2010, paper CTuAA5.
13. V.V. Velmiskin, N.N. Kononov, V.V. Koltashev, E.B. Kryukova, L.D. Iskhakova, S.V. Lavrischev, V.G. Plotnichenko, S.L. Semjonov, E.M. Dianov, "Enhancement of Transmission by Optimization of Crystal Structure of Silicon-Core Optical Fiber", Proc. CLEO/QELS'2010, San Jose, California, May 16-21, 2010, paper JTuD40.
14. S. Semjonov, V. Bogatyrev, A. Malinin "Hermetically coated specialty optical fibers", 2nd Workshop on Specialty Optical Fibers and Their Applications (WSOF-2), edited by Juan Hernandez-Cordero, Ismael Torres-Gomez, Alexis Mendez, Proc. of SPIE Vol. 7839, pp. 783912-1 - 783912-4 (2010).
15. Egorova, O N; Semjonov, S L; Kosolapov, A F; Denisov, A N; Pryamikov, A D; Gaponov, D A; Biriukov, A S; Dianov, E M; Salganskii, M Y; Khopin, V F; Yashkov, M V; Gurianov, A N; Kuksenkov, D V, "Single-mode all-silica photonic bandgap fiber with 20-um mode-field diameter", Optics Express, Vol. 16 Issue 16, pp.11735-11740 (2008).
16. R.Herda, S.Kivisto, O.G. Okhotnikov , A.F. Kosolapov, A.E. Levchenko, S.L. Semjonov, and E.M.Dianov, "Environmentally stable mode-locked fiber laser with dispersion compensation by index-guided photonic crystal fiber", IEEE Photon Tech. Lett., Vol. 20, No. 3, 2008, pp. 217-219
17. А. Ф. Косолапов, С. Л. Семенов, А. Н. Денисов, "Механические свойства микроструктурированных световодов на основе высокочистого кварцевого стекла", Неорганические материалы, т. 43, No.3, стр. 362-367 (2007)
18. Семенов С. Л. " Пpочность волоконных световодов на основе кваpцевого стекла пpи pазличных скоpостях нагpужения и возможность ее диагностики", Деформация и разрушение материалов, No.9, 33-41 (2007)
19. С.Л.Семенов, "Влияние ограниченности скорости диффузии воды к дефекту и термофлуктуаций на прочность волоконных световодов после контрольного теста", Краткие сообщения по физике, No. 9, стр. 38-47 (2007).
20. Sergey.Semjonov and G.Scott Glaesemann," High-speed tensile testing of optical fibers – new understanding for reliability prediction", Chapter 18 In Micro- and Opto-Electronic Materials and Structures: Physics, Mechanics, Design, Reliability, Packaging, Vol.1, Materials Physics, edited by E.Suhir, Y.C.Lee, and C.P.Wong, Berlin: Springer, 2007. ISBN 978-0-387-27974-9, pp. 595-626 (2007)
21. Alexey F. Kosolapov , Sergei L. Semjonov, Alexandr N. Denisov, Evgeny M. Dianov, "Mechanical strength and fatigue of microstructured optical fibers", in Proc. Optical Fiber Communication Conference and The National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC'2007), March 25-19, 2007, Anaheim, CA, USA, (Optical Society of America, Washington, DC, 2007), Paper OThA3 (2007).
22. Vladimir A. Bogatyrev and Sergei Semjonov, "Metal-Coated Fibers", Chapter 15 in Specialty Optical Fibres Handbook, edited by Alexis Mendez and T.F.Morse, Academic Press: Elsiver, 2007, ISBN-10: 012369406X, ISBN-13: 978-0123694065, pp. 491-512 (2007).
23. S.L. Semenov, A.F. Kosolapov, I.V. Nikolin, R. Ramos, V. Vaynshteyn, A. Hartog, "Fiber prfomance in hydrogen atmosphere at high temperature" // Proc. SPIE, Vol. 6193, pp. 61930N - 1-8 (2006)