Оптик толаларни камёб ер элементлари билан модификациялаш усуллари ва уларнинг спектрал тавсифи

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати. Жахонда ахборот коммуникация технологияларининг оптик толали алока линияларининг маълумот ўтказувчанлик кобилиятига боғлиқ бўлиши, телекоммуникацион, радиотехник ва мобил алоқа тизимлари бозорини изчил суръатларда ривожланиши оптик толаларни камёб ер элементлари билан модификациялаш усулларини қўллаган ҳолда алоқа тизимлари конвергенция тугунларини юқори тезликдаги трафик билан боглайдиган базавий оптик тармоқнинг ўтказиш кобилиятини оширишни такозо этади. Алока тизимларининг асосий сегментлари - шаҳар, магистрал, худудлар аро ва локал ҳисоблаш тизимларида оптик толанинг қўлланилиши 2005 йил ҳолатига кўра 68 млн.км.ни ташкил этиб, соҳалар бўйича ўсиш даражаси 15% га ошган. Оптик толани ишлаб чиқиш ва ундан фойдаланиш микдори 2012 йилга келиб 225 млн.км ни ташкил этди. Шундан 35-36 млн.км Японияга, 100 млн.км Хитой халк республикасига, 32 млн.км АҚШ, 26 млн.км Европа иттифоқи давлатларига тўғри келади.
Телекоммуникация тармокларида кенг полосали LTE (Long Term Evolution) тўртинчи авлод мобил алоқа тизимлари технологиялари амалиётга тадбик этилмокда. Халқаро уяли алоқа ташкилотлари 3GPP (3rd Generation Partnership Project) ва IMT-Advanced талабларига кўра тўртинчи авлод мобил алока тизимларида ҳар бир абонент учун ахборотни узатиш тезлиги 1Гбит/секунддан паст бўлмаслиги зарур. Камёб ер элементлари билан модификацияланган оптик толали алока тизимларини ишлатилиши уяли операторлар базавий станцияларини юқори тезликдаги алока билан таъминлайди ва мобил операторлар базавий станциялари хизмат кўрсатувчи абонентлар сонини орттиришга имкон беради.
Шу боне телекоммуникацией, радиотехник ва мобил алока тизимларида оптик толаларни камёб ер элементлари билан модификациялаш, кварцли резонатор ва вакуумда бошқаришли термик буғлантириш усулини кўллаган ҳолда оптик толаларни модификациялаш, оптик тола очиқ ўзагининг сиртида хосил килинадиган кўп компонентли оптик юпка катламлар калинлиги ва таркибини юкори аниқликда назорат қилиш, эрбий, иттербий, кремний ва алюминий оксидларини бир вақтнинг ўзида вакуум шароитида бошкаришли буғлантириш, эрбий ионларининг кластерланишини сўндириш хусусиятига эта структуралар намуналарини тайёрлаш ва шакллантирилган катламларда эрбий ионларининг юқори концентрациясини (1О20 - 1021) см'3 олиш, оптик толанинг локал очиқ ўзагида вакуум муҳитида термик буғлантириш усули ёрдамида олинган Ег20з - АЬОз - SiOx ва Ег20з - УЬ20з - АЬОз - SiOx, (1<х<2) кўп компонентли таркиб билан легирланган модификацияланган оптик толалар спектрал характеристикаларини аниқлаш, камёб ер элементлар актив ионларининг юкори концентрациясига (1О20 - 1021) cm‘j эга бўлган самарали планар ва оптик толали кучайтиргичларни яратиш, эрбий ионларининг юкори концентрацияли модификацияланган оптик толалар асосида яратилган оптик кучайтиргичларда паст шовқин-фактори ва юкори OSNR (Optical signal noise ratio) параметрини таъминлаш муаммоларини ечишга йўналтирилган технологик ишланмалар асосида оптик толали материалларни қайта ишлаш ва оптоэлектрон тизимларида ахборот узатиш усулларини ишлаб чиқиш долзарб масалалардан бири ҳисобланади.
Модификацияланган оптик толаларда актив эрбий ионларининг юкори концентрациясини хосил килиш, оптик толани самарали модификациялаш жараёнларини такомиллаштириш, самарали киска масофали оптик кучайтиргичларни яратиш учун вакуумда кўп компонентли юпка катламларни термик буғлантириш, ҳамда оптик толаларни эрбий, иттербий, кремний ва алюминий оксидларини бошқаришли бўғлантириш оркали модификациялаш усулларини ишлаб чиқиш муҳим аҳамият касб этади.
Узбекистан Республикаси Президентининг 2012 йил 21 мартдаги ПҚ-1730-сон «Замонавий ахборот-коммуникация технологияларини жорий этиш ва янада ривожлантириш чора-тадбирлари тўғрисида»ги Қарори, хамда Вазирлар Махкамасининг 2015 йил 4 декабрдаги 353-сон «2016 - 2018 йиллар даврида Узбекистан Республикасида электрон тижоратни ривожлантириш концепциясини тасдиқлаш тўғрисида»ги қарорида белгиланган вазифаларни муайян даражада амалга оширишга мазкур диссертация тадкиқоти хизмат килади.
1адқиқотнинг мақсади камеб ер элементларига асосланиб мураккаб геометрияли кўп компонентли юпқа қатламларни вакуум муҳитида буғлантириш оркали оптик толаларни модификациялаш усуллари ҳамда камёб ер элементларининг юқори концентрацияли локал модификацияланган оптик толаларни тайёрлаш ва спектрал характеристикаларини ўлчашнинг оптик ва механик курилмалар комплексини ишлаб чикишдан иборат.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги қуйидагилардан иборат:
оптик толаларни камёб ер элементлари билан модификациялаш мақсадида кварцли резонатор ва термик буғлантириш усулини қўллаган ҳолда вакуумда бошкаришли буғлантириш услуби ишлаб чиқилган;
оптик тола очиқ ўзагининг сиртида ҳосил қилинадиган (Er2O3 - А12О3 -SiOx ва Er2O3 - Yb2O3 - А12О3 - SiOx) кўп компонентли оптик юпка катламлар қалинлиги ва таркибини юқори аниқликда назорат қилувчи эрбий, иттербий, кремний ва алюминий оксидларини бир вақтнинг ўзида вакуум шароитида бошкаришли буғлантириш услуби ишлаб чикилган;
эрбий ионларининг кластерланишини сўндириш хусусиятига эта структуралар намуналарини тайёрлаш ва шакллантирилган катламларда эрбий ионларининг юқори концентрациясини (1О20 - 1021) см'3 олишни таъминловчи оптик толаларни вакуум мухитида модификациялаш усули яратилган ва экспериментал синовдан ўтказилган;
реактив газ (кислород) атмосферасида вакуумнинг 0,25-0,35 Па ((2-3)10 3 мм сим.уст.) босим кийматларида металл эрбий ва алюминийнинг бир вақтда буғлантириш усулини қўллаш ёрдамида вакуум мухитида модификацияланган оптик толаларнинг намуналари, оптик толали алока линиялари учун амалий ахамиятга эга эрбий ионларининг (Ег3+) -1540 нм тўлқин узунлиги диапазонида интенсив фотолюминесценция (нур тарката олиш кобилияти) мавжудлиги исботланган;
юқори тезликли оптик толали алока линияларида қўлланиладиган модификацияланган оптик толаларни ишлаб чиқишнинг активлаштирилган андазаларини тайёрлаш ва камёб ер элементлар актив ионларининг юкори концентрацияли (102О-1021) см'3 самарали планар, хамда оптик толали кучайтиргичларни яратиш усули ишлаб чиқилган;
камёб ер элементларини активлаштириш максадида интеграл оптик толали тизимлар учун модификацияланган оптик муҳитларда яратилган планар оптик кучайтиргичларни кўндаланг дамлаш услуби амалда тадбик этилган;
модификацияланган оптик толалар ва қисқа масофали оптик кучайтиргичларнинг спектрал характеристикаларини ўрганишда экспериментал тадқиқот натижаларини экранда кузатиш ва рўйхатга олиш усуллари ишлаб чикилган;
модификацияланган оптик толалар асосида ишлайдиган қисқа масофали оптик толали кучайтиргичларни яратишда камёб ер элементларининг концентрацияси баландлиги, кучайтиргичларнинг шовқин факторининг пастлиги ва кучайтириш коэффициент кўрсаткичини юқорилигини таъминлаш меъзонлари ишлаб чикилган;
эрбий ионларини вакуумда бошқаришли буғлантириш орқали яратилган оптик кучайтиргичларда шовқин-факторининг пастлиги ва OSNR (Optical signal noise ratio) параметрининг юқорилиги аникланган.
Хулоса
Тадқиқотларнинг олиб борилиши жараёнида олинган асосий натижалар куйидагилардан иборат:
1. Вакуумда термик буглантириш усули орқали модификацияланган оптик толаларда ИҚ-диапазонда юқори тиниқлик даражаси, юкори ~109 Ом см солиштирма каршилик ва эрбий оксидларининг (Ег2О3) юкори (IO20- 1021) см'3 концентрациясига эга бир жинсли диэлектрик юпка катламли оптик тузилмаларни олиш таъминланади.
2. Эрбий оксидини (Ег2О3) алюминий оксиди (АЬО3) билан вакуумда кўшимча легирлаш орқали эрбий ионларининг кластерланиш даражаси пасайтирилиши, 2-5 см ўлчамли модификацияланган оптик толаларда эрбий актив ионларининг юқори (102°-1021) см'3 концентрация кийматини таъминлайди, шу билан бирга ап-конверсия ҳодисаси бартараф этилади.
3. Вакуумда назорат қилиш усулини қўллаган ҳолда термик бўғлантириш ёрдамида оптик толанинг локал бўлагида Er2O3-SiO2-Al2O3 ва Er2O3-Yb2O3-SiO2-Al2O3 таркибли оптик планар нур ўтказгичлар тайёрланади. Локал модификацияланган муҳит 980 нм тўлкин узунлиги ёрдамида оптик дамланади ва модификацияланган юпқа катламда -1540 нм соҳада ОТАЛ да қўлланилиши учун амалий аҳамиятга эга бўлган ИҚ нурланиш хосил қилинади.
4. Оптик толанинг локал бўлакларида ва кремний оксидининг (SIO2) тагликларида вакуумда назорат қилинадиган термик буғлантириш усули орқали яратилган ЕьОз-ЗЮэ-АЬОз ва ЕьОз-УЬзОз-ЗЮз-АЬОз планар оптик тузилмаларнинг кучайтириш хоссалари тадқик қилинади. Ҳосил қилинган оптик тузилмаларни юмшатиш ва эритиш эрбий ионларининг кластеризациясини келтириб чиқариши кўрсатилади. Оптик тузилмаларни термик ишлов бериш орқали юмшатиш натижасида оптик намуналарда фотолюминесценция спектрини кенгайиши ва нурланиш кинетикасида ап-конверсион жараёнлар кузатилади.
5. Ксенон лампа ва 980 нм ли интерференцион фильтр ёрдамида оптик дамланган эрбий (Ег), иттербий (Yb) билан биргаликда модификацияланган намуналарда люминесценция нурлантириш спектрини торайиши аниқланади. Ег ва Yb билан биргаликда модификацияланган оптик толаларда нурланиш спектрини торайиши иттербий ионлари пастки энергетик сатҳга ўтиш жараёнида ўз энергияларини эрбий ионларига узатиши орқали тушунтирилади.
6. Вакуумли буглантириш усули оркали яратилган оптик тузилмалар хона хароратида (Т^ЗООК) фотолюминесценциянинг (Ег+3) максимал интенсивлиги намоён бўлади, локал очик оптик толанинг таянч сиртидаги ёки кремний тагликдаги оптик тузилма эриш босқичини четлаб ўтиб буглантириш оркали шакллантирилади. Оптик мухит хажмида диффузия ва конвектив оммавий ўтиш жараёнларининг сўндирилганлиги шиша хажмида эрбий актив ионларининг статик бир текис тақсимланишига имкон беради.
7. Юкори тезликли ОТАЛ лар ва интеграл оптикада оптик кучайтиргичлар, сенсорлар ва толали датчиклар яратишда ишлатиладиган модификацияланган оптик муҳитлар асосида оптик толалар ва планар оптик тузилмалар тайёрланади. Буглантирилган модификацияланган оптик тузилмалар оптик тола ўзаги билан 65% дан 75% гача мослашиш ва «оптик тола ўзаги - оптик муҳит — оптик тола ўзаги» лазер нурланишининг ўтишлари самарадорлигини ортиши натижасида, 2-5 см ўлчамли локал модификацияланган ораликда 5-10 дБ гача оптик сигнални кучайтиришга эришилади.
8. Интеграл оптик тизимлар учун кварц оксиди таглигида ўстирилган планар модификацияланган оптик тузилмалар кўринишидаги қисқа масофали оптик кучайтиргичлар C-Band (1529-1565 нм) диапазонида DWDM тизим гуруҳли оптик сигнални кучайишини ва кучайтиргич чикишидаги гурухли сигналлар кенг полосали силликловчи фильтрларсиз линеаризацияланган кўринишда бўлишини таъминлайди.
9. Камёб ер элементлари ионларининг юкори концентрацияли модификацияланган оптик муҳитларда яратилган оптик кучайтиргичлар ОТАЛ нинг DWDM тизимларида паст шовқин - фактор параметри ва юкори OSNR (Optical signal noise ratio) оптик сигналнинг шовқинга нисбатини беради.