Флюоридное оптоволокно
Опубликовано: 02.12.2018
Перевод Ростислава Ливенцова
Флюоридные волокна - это оптические волокна на основе флюоридных стекол, например фторалюминатных и фторцирконатных стекол . Катионы в таких стеклах обычно из тяжелых металлов, таких как цирконий и свинец. Фторцирконатные стекла ( где ZrF4 -главный компонент) это типичный пример, и среди них стекло ZBLAN (ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF) наиболее распространенное. Такие волокна могут быть допированы определенным количеством редкоземельных ионов для применения в волоконных лазерах и резонаторах.
Тяжелые стекла содержат свинец, что понижает энергию фононов. Из этого следуют основные свойства и области применения флюоридных волокон.
Применение флюоридных волокон
Первоначально предполагалось использовать флюоридные волокна в телекоммуникациях потому, что внутренние потери в низко поглощающих волокнах могли бы быть, в принципе, ниже потерь в волокнах на основе кварцевого стекла, которое прозрачно на длинах волн до 2 микрометров. Однако, такие маленькие потери как в кварцевых волокнах до сих пор не достигнуты на практике, к тому же хрупкость и высокая стоимость флюоридных волокон делает их непригодными для коммерческой реализации. Позже флюоридным волокнам нашли другое применение, в исследованиях. Первая группа этих исследований проводилась в области среднего ИК просветления флюоридных волокон: примером может служить спектрометр, измеряющий в среднем ИК - диапазоне, оптоволоконные сенсоры, термометры, приборы для визуализации изображений. Также флюоридное оптоволокно может быть использовано для транспортировки света, например для Er:YAG лазера с длиной волны 2.9 мкм, востребованного в медицине, например в офтальмологии и стоматологии. В этой области часто используется так же кислородосодержащее волокно, хотя существуют альтернативные варианты, в частности германиевые стекла, которые содержат тяжелые металлы.
С другой стороны, значительное подавление мультифотонных переходов во флюоридных стеклах очень важно для использования в различных типах волоконных лазеров и резонаторов, в большей степени потому, что время жизни на верхних энергетических уровнях в различных редкоземельных металлах становится достаточно продолжительным для различных типов (видов) лазерных переходов, особенно в лазерах с преобразованием частоты. Для примера, допирование тулием флюоридного волокна может быть использовано для преобразования частоты излучения характерной для голубого цвета, и допирование эрбием флюоридных волокон может быть использовано для преобразования частоты характерной зеленому цвету. Допирование празеодимом может быть использовано в 1.3 мкм резонаторе и также для видимого волоконного лазера с красным, оранжевым, зеленым и синим излучением. Допирование эрбием может быть использовано для реализации 3 мкм волоконных лазеров, а также 1.5 мкм усилителей с широким и плоским профилем коэффициента насыщения по сравнению с кварцевым волокном допированным эрбием. Также возможно комбинирование кварцевых и флюоридных оптических волокон.
Проблема флюоридных волокон в том, что они дорогие и сложные в обращении, а также недолговечные (например, не переносят деформации) и частично ограничивают предел химического баланса.
по материалам интернет-энциклопедии www.rp-photonics.com