Erbium/Ytterbium co-doped oxyfluoride glass-ceramics — promising candidate for fiber lasers and optical amplifiers at 1550 nm

• Autorzy: Żelechower M. , Czerska E. , Augustyn E.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.6.11

Warianty tytułu

PL

Szkło-ceramika tlenofluorkowa współdomieszkowana erbem i iterbem, jako obiecujący materiał na lasery włóknowe i wzmacniacze optyczne w paśmie 1550 nm

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The manufacturing of the erbium/ytterbium co-doped oxyfluoride glass-ceramics optical fiber was discussed on the background of literature review and own achievements. The role of erbium ions as NIR emitters as well as ytterbium ions in the process of stimulated emission has been explained and illustrated by several figures both from the literature and the author’s results. Glass-ceramics material advantage over glassy fibers was also considered and proved by several plots and images. The relations between the g-c materials and their optical features have been illustrated by results of SEM/TEM imaging, X-ray spectra, XRD and SAED patterns, thermal analysis (DTA/DSC) and a corresponding absorption/emission NIR spectra.

PL

Zamiarem autorów było zaprezentowanie pewnego ciągu myślowego, który doprowadził wraz z aktywnymi działaniami na tym polu do pojawienia się komercyjnie dostępnych laserów włóknowych oraz wzmacniaczy optycznych dla linii światłowodowych. W procesie dochodzenia do rozwiązań komercyjnych etapami były: dobór szkieł o odpowiedniej transmisji, wybór aktywatora (erb), technologia wyciągania włókien optycznych o strukturze rdzeń–płaszcz oraz wybór metody wytworzenia rezonatora. W artykule omówiono dodatkowe aspekty poszczególnych etapów, w tym zastosowanie szkło-ceramiki zamiast szkła w rdzeniu włókna i wymuszoną przez to specyficzną technologię nakładania płaszcza. Wymienione etapy scharakteryzowano, wykorzystując rysunki i wykresy zaczerpnięte z opracowań wielu autorów, a także własne wyniki.

Słowa kluczowe

EN

fiber laser; rare earth ions; glass-ceramics; EDFA; nanocrystals

PL

lasery włóknowe; jony ziem rzadkich; szkło-ceramika; EDFA; nanokryształy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 6
• Strony: 341--349
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fig.

Twórcy

autor

Żelechower M.

• Silesian University of Technology, Institute of Materials Science

autor

Czerska E.

• Silesian University of Technology, Institute of Materials Science

autor

Augustyn E.

• Silesian University of Technology, Institute of Materials Science

Bibliografia

• [1] Schubert E. F.: Light emitting diodes. Cambridge Univ. Press, www.Light- EmittingDiodes.org (2016).
• [2] http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/interfaces-modules/ transceiver-modules/white_paper_c11-463661.html (2008).
• [3] http://simonthibaudeau.org/NetworkLayers/?p=75 (2013).
• [4] Gan F., Xu L.: Photonic glasses. World Scientific, New York, London (2006).
• [5] Malinowski M.: Lasery światłowodowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2003).
• [6] Augustyn E., Stremplewski P., Rozanski M., Koepke C., Dominiak-Dzik G.†, Kępińska M., Żelechower M.: Comparison of selected optical properties of oxyfluoride glass fibers doped with Er3+ and co-doped with Er3+Yb3. Appl. Phys. B (Lasers and Optics) 105 (2011) 933÷940.
• [7] Yongling Zhang, Xiaohui Liu, Yanbo Lang, Zhen Yuan, Dan Zhao, Guanshi Qin and Weiping Qin: KMnF3: Yb3+, Er3+; KMnF3: Yb3+ active-core– active-shell nanoparticles with enhanced red up-conversion fluorescencefor polymer-based waveguide amplifiers operating at 650 nm. J. Mater. Chem. C 3 (2015) 2045.
• [8] Hraiech S., Ferid M., Guyot Y., Boulon G.: Structural and optical studies of Yb3+, Er3+ and Er3+/Yb3+ co-doped phosphate glasses. J. Rare Earths 31 (7) (2013) 685.
• [9] Lakshminarayana G., Jian Ruan, Jianrong Qiu: NIR luminescence from Er–Yb, Bi–Yb and Bi–Nd co-doped germanate glasses for optical amplification. J. Alloys and Comp. 476 (2009) 878÷883.
• [10] Augustyn E.: Opracowanie metody wytwarzania włókien szklano-ceramicznych ze szkieł tlenofluorkowych domieszkowanych jonami erbu oraz współdomieszkowanych jonami erbu i iterbu z przeznaczeniem na światłowody aktywne. PhD Thesis, Silesian University of Technology (2010).
• [11] Yin Liu, Xueyun Liu, Weichao Wang, Ting Yu, Qinyuan Zhang: Intense 2.7 mm mid-infrared emission of Er3+ in oxyfluoride glass ceramic containing NaYF4 nanocrystals. Materials Research Bulletin 76 (2016) 305÷310.
• [12] Ho Kim Dan, Dacheng Zhou, Zhengwen Yang, Zhiguo Song, Xue Yu, Jianbei Qiu: Optimizing Nd/Er ratio for enhancement of broadband nearinfrared emission and energy transfer in the Er3+–Nd3+ co-doped transparent silicate glass-ceramics. J. Non-Cryst. Sol. 414 (2015) 21÷26.
• [13] Augustyn E., Zelechower M., Czerska E., Świderska M., Sozańska M.: Reduction of the 1.55 μm Er3+ emission band half-width in Er doped and Er/Yb co-doped oxy-fluoride glass-ceramics fibers. Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering (2014) 9228, 922807.
• [14] Reenamoni Saikia Chaliha, Annapurna K., Anal Tarafder, Tiwari V. S., Gupta P. K., Basudeb Karmakar: Optical and dielectric properties of isothermally crystallized nano-KNbO3 in Er3+-doped K2O–Nb2O5–SiO2 glasses. Spectrochimica Acta Part A 75 (2010) 243÷250.
• [15] Mortier M., Monteville A., Patriarche G., Maze G., Auzel F.: New progresses in transparent rare-earth doped glass-ceramics. Opt. Mater. 16 (2001) 255÷267.
• [16] Lenardič B., Kveder M., Lisjak D., Guillon H., Bonnafous S.: Novel method for fabrication of metal- or oxide-nanoparticle doped silica-based specialty optical fibers. Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineering (2011) 7934, 79340Y.
• [17] Augustyn E., Zelechower M., Stróz D., Chraponski J.: The microstructure of erbium–ytterbium co-doped oxyfluoride glass–ceramic. Opt. Mater. 34 (2012) 944÷950.
• [18] Qiu Jianbei, Jiao Qing, Zhou Dacheng, Yang Zhengwen: Recent progress on upconversion luminescence enhancement in rare-earth doped transparent glass–ceramics. J. Rare Earths 34 (4) (2016) 341.
• [19] Marczewska A., Sroda M., Nocun M., Sulikowski B.: Lead–gallium glasses and glass–ceramics doped with SiO2 for near infrared transmittance. Opt. Mater., 45 (2015) 121÷130.
• [20] Quanlong He, Pengfei Wang, Min Lu, Bo Peng: Investigations on the photoluminescence of the iron and cobalt doped fluoride-containing phosphate- based glasses and its defects-related nature. J. Alloys and Comp. 685 (2016) 153÷158.
• [21] Kawamoto Y., Kanno R., Qiu J.: Upconversion luminescence of Er3+ in transparent SiO2–PbF2–ErF3 glass ceramics. J. Mater. Sci. 33 (1998) 63÷67.
• [22] Gugov I., Mueller M., Ruessel C.: Transparent oxyfluoride glass ceramics co-doped with Er3 and Yb3. Crystallization and upconversion spectroscopy. J. Solid State Chem. 184 (2011) 1001÷1007.
• [23] Noelio O. Dantas, Valdeir A. Silva, Omar. O. D. Neto, Marcio L. F. Nascimento: Control of crystallization kinetics and study of the thermal, structural and morphological properties of an Li2O–B2O3–Al2O3 vitreous system. Braz. J. Phys. 42 (2012) 347÷354.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.