Fosforanowe włókno fotoniczne o powiększonym rdzeniu domieszkowanym jonami Yb³⁺ do zastosowań laserowych

• Autorzy: Franczyk M. , Stępień R. , Pysz D. , Kujawa I. , Buczyński R.

Warianty tytułu

EN

Yb³⁺ doped phosphate LMA photonic crystal fiber for laser applications

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W publikacji przedstawiono prace wykonane w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych dotyczące wytworzenia światłowodu fotonicznego wykonanego ze szkła fosforanowego z przeznaczeniem do konstrukcji lasera włóknowego. Wykonane zostały wytopy szkieł domieszkowanych i niedomieszkowanych. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów spektralnych przeprowadzono analizę własności absorpcyjnych i emisyjnych wytworzonego szkła domieszkowanego. Zweryfikowano parametry dopasowania szkieł domieszkowanego i niedomieszkowanego pod kątem właściwości reologicznych i współczynnika załamania. Wytworzone zostało włókno laserowe ze szkła fosforanowego o strukturze dwupłaszczowej (double-clad) w pełni wykonanej w technologii fotonicznej. Poprzez zastosowanie włókna o powiększonej średnicy rdzenia uzyskano znaczne zwiększenie absorpcji promieniowania pompy i skrócenie długości lasera. Ponadto stosując płaszcz powietrzny osiągnięto rekordową wartość apertury numerycznej falowodu pompy we włóknie typu double-clad ze szkła fosforanowego wynoszącą 0,91. Maksymalna moc generacji w laboratoryjnym układzie lasera we włóknie o długości 19 cm wyniosła 12,4 W przy sprawności różniczkowej 42,8 %.

EN

This paper presents the research work on a Yb3+ doped photonic crystal fiber laser with an extended mode area made of phosphate glass carried out at ITME. By increasing the mode area we obtained the laser with a higher power level and a shorter fiber length than before. The doped and undoped glass was manufactured and subsequently the measurements of optical and rheological properties were done. The analysis of both absorption and emission of the doped glass was performed. The fiber with the extended mode area was manufactured and its passive properties were examined. The numerical aperture of the pump waveguide was found to be very high and equaled 0.91, which is a record-breaking value for phosphate photonic structures and, at the same time, one of the highest values obtained for structures made of silica. We achieved laser generation from the 19 cm fiber with the maximum power of 12.4 W and the slope efficiency of 42.8 %.

Słowa kluczowe

PL

światłowód fotoniczny; włókno aktywne; LMA PCF; światłowód o powiększonym rdzeniu; światłowód ze szkła fosforanowego; iterb

EN

photonic crystal fiber; laser fiber; LMA PCF; extended mode area fiber; phosphate fiber; ytterbium

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 41, nr 3
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Franczyk M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; Tel.: [phone] w. 456

autor

Stępień R.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; Tel.: [phone] w. 456

autor

Pysz D.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; Tel.: [phone] w. 456

autor

Kujawa I.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; Tel.: [phone] w. 456

autor

Buczyński R.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; Tel.: [phone] w. 456

Bibliografia

• [1] Bouwmans G., Percival R. M., Wadsworth W. J., Knight J. C., Russell P. St. J.: High power Er:Yb fiber laser with very high numerical aperture pump cladding waveguide, Appl. Phys. Lett., 2003, 83, 817- 818
• [2] Limpert J., Schmidt O., Rothhartd J., Röser F., Schreiber T. , Tunnermann A.: Extended single-mode photonic crystal fiber lasers, Opt. Express, 2006, 14, 2715 - 2720
• [3] Materiały komercyjne NKT Photonics A/S, http:// www.nktphotonics.com/aerogain-rod-specifications
• [4] Franczyk M., Stępień R., Pysz D., Kujawa I., Buczyński R. , Jabczyński J. K.: Ytterbium doped phosphate glass photonic crystal fiber laser, Opto-Electr. Rev., 2009, 17, 3, 231 - 235
• [5] Li L., Schulzgen A., Temyanko V. L., Qiu T., Morrell M., Wang Q., Mafi A., Moloney J. V., Peyghambrian N.: Short – length microstructured phosphate glass fiber lasers with large mode areas. Opt. Lett., 2005, 30, 10
• [6] Lee Y., Digonnet M. J. F., Sinha S., Urbanek K.E., Byer R. L., Jiang S.: High - power Yb3+ - doped phosphate fiber amplifier.” IEEE JSQE, 2009, 15, 1
• [7] Kuck S.: Laser-related spectroscopy of ion-doped crystals for tunable solid-state lasers, Appl. Phys. B, 2001, 72, 515 – 562
• [8] Zenteno L.: High power double-clad fibre lasers, J. Lightwave Techn., 1993, 11, 9, 1435
• [9] McCumber D. E.: Theory of phonon-terminated optical masers, Phys. Rev., 1964, 134, 299
• [10] McCumber D. E.: Einstein relations connecting broadband emission and absorption spectra, Phys. Rev., 1964, 136, 954
• [11] Zou X., Toratani H.: Evaluation of spectroscopic properties of Yb3+ - doped glasses, Phys. Rev. A, 1995, 52, 22, 15889 - 15897
• [12] Yin H., Deng P., Zhang Y., Gan F.: Determination of emission cross section of Yb3+ in glasses by the reciprocity method, Mat. Lett. 1997, 30, 29 - 33
• [13] Wadsworth W. J., Percival R. M., Bouwmans G., Knight J. C., Birks T. A., Hedley T. D., Russell P. St. J.: Very high numerical aperture fibers, IEEE Photon. Techn. Lett., 2004,16, 3
• [14] Franczyk M.: Aktywne włókna fotoniczne domieszkowane iterbem do zastosowań laserowych. Rozprawa doktorska, ITME, 2012
• [15] Jansen F., Stutzki F., Otto H., Baumgartl M., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A.: The influence of index-depressions in core-pumped Yb-doped large pitch fibers, Optics Express, 2010 , 18, 26