• Разработка технологии волоконных световодов специальных типов , изготовление и исследование таких световодов
  
  

  В лаборатории используются MCVD и SPCVD технологии изготовления заготовок световодов. Вторая является плазмохимической и значительно расширяет возможности выбора легирующих компонент и уровень легирования, фотография установки показана ниже.

  В лаборатории разработана и используется многоцелевая башня вытяжки волоконных световодов, позволяющая в частности наносить различные защитно-упрочняющие покрытия, в том числе и металлические, вытягивать волокна с вращением (SPUN type), изменяющимся по длине диаметром (тейперные волокна), микроструктурированные и многосердцевинные волокна и др.
  
  Имеется комплекс контрольно-измерительного и исследовательского оборудования.

• В рамках Госконтракта №17208.4429998.11.103 от 20.12.2017, выполнена СЧ ОКР «Фонон-11-ИРЭ» «Разработка и освоение в серийном производстве бортовых оптических кабелей на основе разрабатываемого отечественного одномодового оптического волокна, в части разработки технологии изготовления одномодовых оптических волокон, стойких к воздействию спецфакторов» была разработана технология изготовления радстойких одномодовых волокон, разработана технологическая карта процесса и рекомендации по усовершенствованию технологического процесса изготовления заготовок радиационно-стойкого оптического волокна с учетом особенностей промышленной установки изготовления заготовок, изготовлены лабораторные образцы радиационно-стойкого оптического волокна.
  Технология была передана в промышленное предприятие «ЦНИИ Электроприбор», где изготовлены партии волокон с параметрами соответствующими лучшим мировым аналогам.

• Оптические волокна с массивом волоконных брэгговских решёток

  Разработаны оптические волокна (ОВ) с массивом волоконных брэгговских решёток (ВБР) записанных непосредственно в процессе вытяжки оптического волокна. Плотность записи может достигать 100% т.е. ОВ могут быть полностью покрыты ВБР. Данные ОВ перспективны для охранных систем, основанных на принципе когерентной рефлектометрии, что позволило значительно увеличить чувствительность таких систем и их рабочие длины до 140 км. В таких ОВ обратный сигнал в 100 тыс. раз больше уровня рассеяния Рэлея, характерного для обычных телекоммуникационных ОВ типа SMF-28 (G.652) и они могут быть интегрированы в уже существующую инфраструктуру.

  Частотная (OFDR) рефлектограмма массива ВБР записанного в ОВ типа SMF-28. Контраст записи 50 дБ (100 тыс. раз) на длине волны 1550 нм. Плотность записи массива ВБР - 3% (3 ВБР на 1 метр).

  
  Запись массивов ВБР также возможна в активных ОВ со-легированных ионами редкоземельных материалов (эрбия, иттербия и пр.). Это позволило создать лазерные источники излучения, работающие в диапазонах длин волн 976, 1060, 1550 нм. Резонаторы таких лазеров представляют собой короткие куски ОВ легированные ионами редкоземельных материалов длиной 5-20 м. полностью покрытые ВБР. Достоинства таких лазерных источников - их непрерывный режим работы и узкая полоса генерации.

  Схема эрбиевого лазера телекоммуникационного диапазона - слева.
  Измеренная ширина линии лазерной генерации (менее 1 кГц) - справа.

  Рефлектограмма массива ВБР резонатора иттербиевого лазера (плотность записи 50% = 50 ВБР на 1 метр) – слева. Зависимость выходной мощности лазерной генерации на длине волны 976 нм от мощности накачки на 907 нм – справа. Достигнутая эффективность 33%.

  Данные лазерные источники излучения ввиду высокой эффективности могут использоваться в качестве задающего генератора в лазерных системах большой мощности (лидары, системы удаленного детектирования и пр.).

  Публикации:
  
  • S M Popov, O V Butov, et al.. Optical fibres with an inscribed fibre Bragg grating array for sensor systems and random lasers, QUANTUM ELECTRON, 2021, 51 (12), 1101–1106
  • D R Kharasov, D M Bengalskii, et al., Extending the operation range of a phase-sensitive optical time-domain reflectometer by using fibre with chirped Bragg gratings, QUANTUM ELECTRON, 2020, 50 (5), 510–513
  • S.M. Popov, O.V. Butov, et al., Random lasing in a short Er-doped artifice Rayleigh fiber, Results in Physics, 2020, Vol. 16, March 2020, 102868
  • Andrey Rybaltovsky, Sergei Popov, et al., Random Laser Based on Ytterbium-Doped Fiber with a Bragg Grating Array as the Source of Continuous-Wave 976nm Wavelength Radiation, Photonics 2022, 9, 840.

• Волоконно-оптическая рефрактометрия при помощи резонанса затухающей моды на основе тонкопленочных покрытий, синтезированных плазмохимическим методом

  Профиль показателя преломления современных доставочных волоконных световодов проектируется таким образом, чтобы основная часть переносимой волокном световой энергии была бы локализована в пределах световедущей сердцевины. Однако небольшая часть переносимой волокном энергии присутствует и в непосредственной окрестности границы сердцевина-оболочка и называется эванесцентным полем. Эванесцентное поле может взаимодействовать с широким спектром материалов, что оказывает влияние на излучение, распространяющееся по световоду. Основываясь на этом феномене, создаются устройства для применения в областях волоконных лазеров и сенсоров. Если материал тонкопленочного покрытия, нанесённого на оптическое олокно будет удовлетворять определенным условиям, то в спектре пропускания волоконной линии будет наблюдаться провал в виде резонансной полосы поглощения. Положение резонанса зависит от показателя преломления среды в которую помещена структура.
  Одной из возможных реализаций такой структуры является волоконно-оптический датчик показателя преломления жидкостей на основе покрытия секции оптического волокна тонкой пленкой оксинитрида кремния. Впервые оксинитридная пленка была нанесена на цилиндрическую поверхность химически утонченного участка многомодового волокна с использованием технологии поверхностного плазмохимического осаждения (SPCVD). Результирующий датчик демонстрирует чувствительность к изменениям показателя преломления внешней среды на уровне 1090±25 нм/ИПП в диапазоне показателей преломления от 1,33 до 1,43. Разработана технология одновременного изготовления нескольких датчиков с аналогичными характеристиками в рамках единого процесса синтеза оксинитридной пленки. Разница в спектральном положении и глубине резонанса для таких образцов-близнецов в дистиллированной воде не превышает 5%. Полученный материал обладает хорошей чувствительностью, по сравнению с аналогичными материалами на оксидных пленках, и обладает перспективными свойствами для использования в медицине и биологии.

  Рисунок – Синтез тонкоплёночных структур на поверхности кварцевого волокна методом SPCVD: (а) – cхема экспериментальной установки для нанесения пленки покрытия; вставка — модель держателя волокна, (б) – спектры резонансов в различных водных растворах первого образца-близнеца, (в) – спектры резонансов в различных водных растворах второго образца-близнеца.

  Публикации:
  
  • D.P. Sudas, L.Y. Zakharov, V.A. Jitov, K.M. Golant. Silicon Oxynitride Thin Film Coating to Lossy Mode Resonance Fiber-Optic Refractometer // Sensors. – 2022. – V. 22, – Art. 3665.

• В лаборатории проводятся исследования по созданию новых по составу или форме волоконных световодов. В области активных волокон основное внимание в последнее время уделялось созданию волокон с большим диаметром сердцевины работающих в одномодовом режиме. Это достигается за счет плавного изменения диаметра волокна по длине- так называемые тейперные волокна и в наших образцах одномодовй режим реализовыался вплоть до диаметров сердцевины около 100 мкм. Важной задачей при этом является сохранение линейной (или круговой) поляризации в таких волокнах. Нами помимо распространенного метода использования структуры волокна типа PANDA ,была предложена и реализована структура волокна типа SPUN с очень низким уровнем собственного двулучепреломления. Структура такого волокна показана на рисунке.

  Рис. а – фотография торца волокна, b- распределение диаметра по длине при различных скоростях скрутки.

  Публикации:
  
  • Andrei Fedotov, Vasilii Ustimchik, Joona Rissanen, Teppo Noronen, Regina Gumenyuk, Alexander Kolosovskii, Victor Voloshin, Igor Vorob’ev, Yuri Chamorovskii, Valery Filippov, «Large mode area double-clad ytterbium-doped spun tapered fiber»,Journal of the Optical Society of America B 38(12) November 2021
  • Kim Patokoski, Joona Rissanen, Teppo Noronen, Regina Gumenyuk, Yuri Chamorovskii, Valery Filippov, And Juha Toivonen «Single-frequency 100 ns / 05 mJ laser pulses from all-fiber double clad ytterbium doped tapered fiber amplifier»,October 2019, Optics Express  27(22) :31532

• Волоконные световоды, легированные Gd3+

  Помимо набора «традиционных» легирующих добавок в световодах ,представляют интерес и ряд новых материалов. Нами с помощью SPCVD-технологии были изготовлены заготовки оптических волокон, легированных гадолинием, с сердцевиной из чистого кремнезема и с легированной фтором, сердцевина содержала концентрацию ионов Gd3+ 0,12 ат.%. В световоде обнаружена полоса фотолюминесценции (ФЛ) при возбуждении как на λ=193, так и на 276 нм , а при γ-облучении обнаружена интенсивная полоса радиолюминиесценции на 315 нм, которую можно использовать для измерения мощности дозы. Установлено, что радиационно-наведённые потери и персистентная люминесценция ограничивают максимальную дозу на уровне ~100-200 Гр для точного измерения мощности дозы с использованием РЛ в кварцевом волокне, легированном Gd. Однако обнаружена возможность подавления РИА путем термического отжига и, таким образом, повторного использования волокна, легированного Gd, в качестве монитора излучения.

  Рисунок – Схема измерений радионаведённого поглощения и радиолюминесценции. Волокно, легированное Gd, показано зеленым цветом, а транспортное волокно — синим. Зависимость сигнала радиолюминесценции на λ=315 нм во время облучения 3,5 Гр/с и спектры наведённых потерь.

  Публикации:
  
  • V.A. Isaev, D.P. Sudas, P.F. Kashaykin, A.P. Bazakutsa, V.O. Yapaskurt, A.L. Tomashuk, K.M. Golant, Yu.K. Chamorovsky. Gd-doped silica fiber fabricated using surface plasmachemical deposition with view to radiation sensor applications // Optical Fiber Technology. – 2023. – V.77, – Art. 103291.

Информациа о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН