Blog

Aug 04, 2023

Tm3+/Ho3+ profilato co

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 13963 (2023) Cita questo articolo 194 Accessi Dettagli metriche Fibra ottica a doppio rivestimento con profilo di nucleo multi-anello drogato con tulio e olmio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13963 (2023) Citare questo articolo

194 accessi

Dettagli sulle metriche

Viene presentata la fibra ottica a doppio rivestimento con un profilo di nucleo multi-anello drogato con tulio e olmio fabbricata mediante tecnologia di doping chelato di deposizione chimica in fase vapore modificata (MCVD-CDT). Le concentrazioni in peso dei complessi Tm2O3 e Ho2O3 misurate erano rispettivamente dello 0,5% e dello 0,2%. Le analisi numeriche mostrano condizioni debolmente guidanti e 42,2 µm di MFD LP01 a 2000 nm. L'apertura numerica bassa NA (NA = 0,054) è stata ottenuta per la costruzione della fibra ottica con rapporto nucleo/rivestimento di 20/250 µm. Vengono presentati gli spettri di emissione nell'intervallo 1,6–2,1 µm rispetto alla lunghezza della fibra. La larghezza intera a metà massimo (FWHM) diminuisce da 318 a 270 nm per lunghezze di fibra da 2 a 10 m. Il progetto della fibra presentato è interessante per lo sviluppo di nuove costruzioni di fibre ottiche che operano nella gamma spettrale sicura per gli occhi.

Attualmente si osservano rapidi progressi nel campo delle sorgenti di radiazioni ottiche basate su strutture in fibra ottica. Tra questi sono ben noti i laser a fibra e le sorgenti di emissione spontanea amplificata (ASE). Tra i diversi intervalli spettrali della radiazione ottica, l'intervallo sicuro per gli occhi (superiore a 1,4 µm) è particolarmente interessante per numerose applicazioni in medicina, meteorologia, militare, produzione e sistemi di rilevamento1,2,3,4,5,6,7. I laser che operano nell'intervallo spettrale di 1,7–2,1 µm vengono utilizzati nella lavorazione precisa dei materiali (inclusi taglio, perforazione, incisione e modificazione della superficie), applicazioni mediche (chirurgia), telerilevamento (monitoraggio atmosferico), LIDAR (mappatura aerea), Ricerca e sviluppo (spettroscopia, ottica non lineare e ottica quantistica)8,9,10,11,12,13,14,15,16. Le sorgenti ASE a banda larga che operano nel vicino infrarosso (NIR) sono comunemente utilizzate per l'imaging e la spettroscopia della tomografia a coerenza ottica (OCT)17. La generazione di radiazioni nella struttura della fibra ottica è il risultato dell'emissione di radiazioni da parte di ioni di elementi di terre rare. Per l'intervallo spettrale discusso, questi sono solitamente ioni Tm3 + e Ho3 +. Consentono di ottenere un ampio profilo di emissione nell'intervallo 1,7–2,1 µm (7,21). Inoltre, è possibile modificare il profilo di emissione attraverso l’uso di fenomeni come la coemissione, il trasferimento di energia e il rilassamento incrociato18. Talvolta viene utilizzato anche il doping con ioni Yb3+, che agiscono come sensibilizzatori, consentendo l'uso dei comuni diodi laser nella gamma di 980 nm per eccitare l'olmio. Le transizioni di Tm3 + : 3F4 → 3H6 (circa 1,8 µm) e Ho3 + : 5I7 → 5I8 (circa 2,0 µm) sono responsabili dell'emissione all'interno della regione spettrale investigata. Tipicamente, nel sistema co-drogato Tm3 + -Ho3 +, gli ioni Ho3 + vengono eccitati utilizzando il trasferimento di energia dai sensibilizzatori Tm3 + (esc. a 800 nm) o Yb3 + (esc. a 980 nm)19,20,21,22 . Un aspetto interessante della ricerca riguarda le fibre ottiche con emissione laterale e quelle in cui la radiazione viene generata utilizzando fenomeni di up-conversion. Ciò consente l'emissione di uno spettro di lunghezze d'onda più corto rispetto alla radiazione di eccitazione utilizzando il meccanismo di assorbimento multifotone23,24. La tecnologia comunemente utilizzata per la fabbricazione di fibre ottiche attive (drogate con ioni lantanidi) è la deposizione chimica in fase vapore modificata (MCVD) con la tecnica del doping in soluzione (SDT) e la tecnologia del doping chelato (CDT) 28. In effetti, alcune sfide e limitazioni dell'SDT (drogaggio con ioni lantanidi) stabilità della distribuzione, diametro ridotto del nucleo e processo multistadio di produzione delle preforme) fanno sì che la tecnologia CDT sia attualmente intensamente sviluppata per la produzione di fibre attive. MCVD-CDT consente la produzione di preforme con un diametro del nucleo di grandi dimensioni con un migliore controllo dei parametri di processo e un'elevata ripetibilità25,26,27,28. Lo sviluppo di nuove sorgenti a banda larga monomodali e ad alta potenza è ancora molto interessante per l'industria e la ricerca scientifica. Tra le costruzioni di fibre ottiche, le fibre monomodali ad area modale ampia (fibre Large Mode Area) attirano senza dubbio la maggiore attenzione29,30,31. Le loro proprietà di propagazione (livello inferiore di densità di potenza ottica, riduzione dell'effetto fotooscuramento e forma del fascio ben definita con un campo modale ampio). Il parametro chiave è l'ampiezza del campo modale in tali fibre (Mode Field Diametro, MFD), che, a differenza delle strutture classiche delle fibre, è significativamente più grande e porta al fatto che l'area modale effettiva può essere anche 100 volte più grande (fino a 1000 µm2 ) per fibre LMA32,33,34,35. Le fibre LMA commerciali hanno un'ampiezza del campo modale di 22,4 µm (LMA-TDF-25P/250-HE, Nufern) o 21,5 µm (LMA-YDF-30/250-HI-M +, Coherent). I risultati della ricerca scientifica indicano anche la possibilità di ottenere un campo modale ampio (MFD = 35 µm) per la fibra LMA con una piccola apertura numerica NA = 0,028139. Ecco perché un aspetto importante della ricerca è lo sviluppo di nuove fibre ottiche LMA attive con un campo modale possibilmente ampio. Tale profilo può essere ottenuto mediante una progettazione multi-anello del profilo rifrattivo. Inoltre questo tipo di distribuzione spaziale del drogante permette di ottimizzare il profilo di luminescenza attraverso i fenomeni di coemissione e trasferimento di energia degli elementi delle terre rare36,37,38,39,40,41,42,43. Nel caso descritto sono stati utilizzati a questo scopo strati alternati di multi-anello Tm3 + /Tm3 + Ho3 +. Lo scopo era ottenere una fibra con un campo modale ampio e un profilo piatto di emissione a banda larga ottenuto come risultato della generazione di radiazioni (Tm3 + /Tm3 + Ho3 +) nella struttura della fibra sviluppata. La bassa apertura numerica (basso ∆n) nella costruzione a più strati attivi del nucleo in fibra garantisce una guida debole della modalità fondamentale nel nucleo grande (LMA). La composizione degli strati Tm3 + e Tm3 + Ho3 + è stata utilizzata per ottenere una banda larga e un profilo piatto e liscio dello spettro nella fibra fabbricata.