Одномодовые волоконные P₂O₅–F–SiO₂-световоды с оптимизированным акустическим профилем: влияние контраста оптического показателя преломления и состава легирования сердцевины на максимум коэффициента усиления ВРМБ

Аннотация: Рассмотрены волоконные световоды с модифицированным радиальным профилем акустического показателя преломления (ПАПП). Использование двухкомпонентного легирования сердцевины в волоконном кварцевом световоде позволяет создавать одновременно различные профили показателей преломления для оптической и гиперзвуковой, возникающей в результате электрострикции, волн, что можно применить для эффективного снижения максимума коэффициента усиления вынужденного рассеяния Мандельштама–Бриллюэна (ВРМБ). Использование с этой целью оксида фосфора (P₂O₅) и фтора (F) позволяет при сохранении оптически одномодового режима реализовать высококонтрастный ПАПП, при оптимизации формы которого возможно эффективное вовлечение в процесс ВРМБ большого числа направляемых акустических мод. Это создает широкий многополосный спектр коэффициента усиления ВРМБ и приводит к снижению абсолютной величины его максимума, пропорциональному числу акустических мод. В данной работе для таких световодов со ступенчатым профилем оптического показателя преломления теоретически исследована зависимость абсолютного максимума коэффициента усиления ВРМБ при параметрах ПАПП, обеспечивающих предельно возможное его понижение за счет многомодовой акустики, от величины контраста Dn оптического показателя преломления между сердцевиной и оболочкой световода. В том числе учтены реальные технологические ограничения на максимальное легирование кварцевого стекла одновременно P₂O₅ и F (в частности для модифицированного метода осаждения из газовой фазы, MCVD). Также представлена приближенная аналитическая модель оптимального ПАПП (и, соответственно, радиальных распределений концентраций P₂O₅ и F). Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что наибольшее подавление коэффициента усиления ВРМБ (до 15 дБ) в P₂O₅–F–SiO₂ световодах может быть достигнуто при Δn < 0.0045, тогда как при 0.0045 < Δn < 0.0075 данные пределы объективно ограничиваются 6 дБ, а при Δn > 0.0075 необходимо использование других составов стекла или методов.

Ключевые слова: одномодовый волоконный световод, вынужденное рассеяние Мандельштама–Бриллюэна (ВРМБ), профиль акустического показателя преломления, фосфор-фтор-силикатный волоконный световод, коэффициент усиления ВРМБ.

Поступила в редакцию: 21.07.2022