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Aug 04, 2023

Tm3+/Ho3+ 프로파일링된 공동

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13963(2023) 이 기사 인용 194 Accesses Metrics 세부 정보 툴륨과 홀뮴이 도핑된 다중 링 코어 프로파일을 갖춘 이중 클래드 광섬유

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13963(2023) 이 기사 인용

194 액세스

측정항목 세부정보

MCVD-CDT(Modified Chemical Vapor Deposition Chelate Doping Technology)로 제작된 툴륨과 홀뮴으로 도핑된 다중 링 코어 프로파일을 갖춘 이중 클래드 광섬유가 제시됩니다. 측정된 Tm2O3 및 Ho2O3 복합체의 중량 농도는 각각 0.5% 및 0.2%였습니다. 수치 분석은 약하게 유도되는 조건과 2000nm에서 42.2μm의 MFD LP01을 보여줍니다. 낮은 NA 개구수(NA = 0.054)는 20/250μm 코어/클래딩 비율 광섬유 구조에서 얻어졌습니다. 1.6-2.1 µm 범위의 방출 스펙트럼과 섬유 길이가 표시됩니다. 섬유 길이가 2m에서 10m인 경우 반치폭(FWHM)은 318nm에서 270nm로 감소합니다. 제시된 광섬유 설계는 눈에 안전한 스펙트럼 범위에서 작동하는 광섬유의 새로운 구성 개발에 관심이 있습니다.

현재 광섬유 구조를 기반으로 한 광 방사원 분야에서 빠른 발전이 관찰되고 있습니다. 그 중 잘 알려진 것은 광섬유 레이저와 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 소스입니다. 다양한 광학 방사선 스펙트럼 범위 중에서 눈에 안전한 범위(1.4μm 이상)는 의학, 기상학, 군사, 제조 및 탐지 시스템1,2,3,4,5,6,7 등 다양한 응용 분야에서 특히 매력적입니다. 1.7~2.1 µm의 스펙트럼 범위에서 작동하는 레이저는 정밀한 재료 가공(절단, 드릴링, 조각 및 표면 수정 포함), 의료 응용(수술), 원격 감지(대기 모니터링), LIDAR(공중 매핑), 연구 및 개발(분광학, 비선형 광학 및 양자 광학)8,9,10,11,12,13,14,15,16. 근적외선(NIR)에서 작동하는 광대역 ASE 소스는 OCT(광간섭 단층촬영) 이미징 및 분광학17에 일반적으로 사용됩니다. 광섬유 구조에서 방사선의 발생은 희토류 원소의 이온에 의한 방사선 방출의 결과로 발생합니다. 논의된 스펙트럼 범위의 경우 일반적으로 Tm3 + 및 Ho3 + 이온입니다. 이를 통해 1.7~2.1 µm(7.21) 범위의 넓은 방출 프로파일을 얻을 수 있습니다. 또한 공동 방출, 에너지 전달 및 교차 이완과 같은 현상을 사용하여 방출 프로파일을 변경하는 것이 가능합니다. 때로는 감광제로 작용하는 Yb3 + 이온을 사용한 도핑도 사용되어 홀뮴을 여기시키기 위해 980nm 범위의 인기 있는 레이저 다이오드를 사용할 수 있습니다. Tm3 + : 3F4 → 3H6(약 1.8μm) 및 Ho3 + : 5I7 → 5I8(약 2.0μm)의 전이는 조사된 스펙트럼 영역 내에서 방출을 담당합니다. 일반적으로 Tm3 + -Ho3 + 공동 도핑 시스템에서 Ho3 + 이온은 Tm3 +(800 nm 제외) 또는 Yb3 +(980 nm 제외) 증감제로부터의 에너지 전달을 사용하여 여기됩니다19,20,21,22 . 흥미로운 연구 측면은 측면 방출이 있는 광섬유와 상향 변환 현상을 사용하여 방사선이 생성되는 광섬유입니다. 이는 다광자 흡수 메커니즘을 사용하여 여기 방사선보다 짧은 파장 스펙트럼의 방출을 허용합니다. 활성(란탄족 이온으로 도핑된) 광섬유 제조에 일반적으로 사용되는 기술은 용액 도핑 기술(SDT)과 킬레이트 도핑 기술(CDT)을 사용한 변형 화학 기상 증착(MCVD)입니다. 28 실제로 SDT(도펀트)의 몇 가지 과제와 한계 분포 안정성, 작은 코어 직경 및 프리폼 생산의 다단계 공정)은 현재 활성 섬유 생산을 위해 집중적으로 개발되고 있는 CDT 기술을 가능하게 합니다. MCVD-CDT를 사용하면 공정 매개변수를 더 효과적으로 제어하고 높은 반복성을 갖춘 큰 코어 직경의 프리폼을 생산할 수 있습니다. 새로운 단일 모드 및 고전력 광대역 소스의 개발은 여전히 ​​산업 및 과학 연구에 매우 매력적입니다. 광섬유 구조 중에서 넓은 모드 영역(대형 모드 영역 섬유)을 갖는 단일 모드 광섬유가 의심할 여지 없이 가장 큰 관심을 끌고 있습니다29,30,31. 전파 특성(낮은 수준의 광 출력 밀도, 광암화 효과 감소, 넓은 모드 필드에서 잘 정의된 빔 모양). 핵심 매개변수는 이러한 섬유의 모드 필드 폭(모드 필드 직경, MFD)이며, 이는 기존 섬유 설계와 달리 훨씬 더 크고 유효 모드 영역이 100배 더 커질 수 있다는 사실로 이어집니다(최대 1000μm2). ) LMA 섬유의 경우32,33,34,35. 상업용 LMA 파이버의 모드 필드 폭은 22.4μm(LMA-TDF-25P/250-HE, Nufern) 또는 21.5μm(LMA-YDF-30/250-HI-M +, Coherent)입니다. 과학적 연구 결과는 또한 작은 개구수 NA = 0.028139를 갖는 LMA 섬유에 대해 넓은 모드 필드(MFD = 35μm)를 얻을 가능성을 나타냅니다. 그렇기 때문에 중요한 연구 측면은 넓은 모달 필드를 갖춘 새로운 활성 LMA 광섬유의 개발입니다. 이러한 프로파일은 굴절 프로파일의 다중 링 설계에 의해 얻을 수 있습니다. 더욱이, 이러한 유형의 도펀트 공간 분포는 희토류 원소의 공동 방출 및 에너지 전달 현상을 통해 발광 프로파일을 최적화하는 것을 가능하게 합니다. 설명된 경우 다중 링 Tm3 + /Tm3 + Ho3 +의 교대 레이어가 이 목적으로 사용되었습니다. 개발된 섬유의 구조에서 방사선 생성(Tm3+/Tm3+Ho3+)의 결과로 얻어지는 넓은 모드 필드와 광대역 방출의 평평한 프로파일을 갖는 섬유를 얻는 것이 목표였습니다. 파이버 코어의 다중 활성층 구성에서 낮은 개구수(낮은 Δn)는 대형 코어(LMA)에서 기본 모드를 약하게 안내합니다. Tm3 + 및 Tm3 + Ho3 + 층의 조성은 가공된 섬유에서 스펙트럼의 광대역 및 부드럽고 평평한 프로파일을 얻기 위해 사용되었습니다.