Glasses for Photonics

Cover......Page 1
Half-title......Page 3
Title......Page 5
Copyright......Page 6
Contents......Page 7
Preface......Page 11
1.1.1.1 Atomic arrangement......Page 13
1.1.1.2 Chemical composition......Page 15
1.1.2.1 Glass transition......Page 17
1.1.2.2 Thermal stability and structural relaxation......Page 20
1.1.3.1 Transparency......Page 21
1.1.3.2 Linear and non-linear refractive index, and dispersion......Page 24
1.2.1 Glass by melt-quenching technique......Page 27
1.2.2 Glass by chemical vapor deposition......Page 30
1.2.3 Glass by sol-gel process......Page 34
1.3.1.1 Silica glass......Page 39
1.3.1.2 Silicate glasses......Page 40
1.3.1.3 Nonsilicate oxide glasses......Page 41
1.3.2.1 Fluoride glasses......Page 44
1.3.2.2 Oxy-halide glasses......Page 47
1.3.3 Chalcogenide glasses......Page 49
1.4.1.1 Crystallization......Page 50
1.4.1.2 Precipitation of nano-particles......Page 56
1.4.1.3 Phase separation......Page 58
1.4.2 Ion exchange......Page 62
References......Page 64
Introduction......Page 70
2.1 Applications......Page 71
2.2 Design of radial gradient index profiles......Page 73
2.3.1 Gradient index profile......Page 74
2.3.3 Chromatic property......Page 76
2.3.4 Stress......Page 78
2.4.1.1 Conventional ion-exchange technique......Page 79
2.4.1.2 Modified ion-exchange technique......Page 80
2.4.2 Molecular stuffng technique......Page 82
2.4.3.1 Partial leaching technique......Page 83
2.4.3.2 Interdiffusion technique......Page 84
2.5 Spherical gradient index lens......Page 90
References......Page 91
3.1.1 Stimulated emission [2, 3]......Page 94
3.1.3.1 Population inversion......Page 97
3.1.3.3 Four-level system......Page 98
3.1.4 Laser oscillation by resonant cavity [1–3]......Page 100
3.1.5 Active ions for laser glasses......Page 101
3.1.6 Laser parameters and their host dependence [4, 13–16, 19, 20]......Page 103
3.1.7 Nonradiative relaxation [4, 13, 15, 17]......Page 105
3.1.7.1 Multiphonon relaxation [4, 13, 15]......Page 106
3.1.7.2 Co-operative relaxation [4, 13, 17]......Page 107
3.2.1 Compositional dependence of laser parameters of Nd3+-doped glasses......Page 108
3.2.2 Nonradiative relaxation of rare-earth ions in glasses......Page 113
3.2.3 Properties of practical laser glasses......Page 115
3.3.1.2 Benefits of lasers in fiber form......Page 118
3.3.1.3 Fabrication techniques for fiber lasers......Page 119
3.3.2.1 General descriptions [8, 64, 67]......Page 121
3.3.2.2 1.55 µm amplification in Er3+-doped fiber [32, 65]......Page 122
3.3.2.3 1.3 µm amplification in Nd3+-doped fiber......Page 125
3.3.2.4 1.3 µm amplification in Pr3+-doped fiber......Page 127
3.3.2.5 1.3 µm amplification in Dy3+-doped glasses......Page 134
3.3.3 Fiber laser oscillators......Page 135
3.3.4 Recent progress......Page 144
3.4.1 Fabrication of channel waveguide structure......Page 145
3.4.2.1 Nd3+-doped waveguide laser......Page 146
3.4.2.2 Er3+-doped waveguide laser......Page 149
3.4.3.2 Er3+-doped waveguide amplifier......Page 152
3.4.4 Devices based on glass waveguide lasers......Page 154
References......Page 157
Introduction......Page 171
4.1.1 General description of nonlinear polarization......Page 172
4.1.2 Optical nonlinearity of the medium......Page 173
4.1.3.1 Degenerate four-wave mixing (DFWM) [13, 14]......Page 175
4.1.3.2 Forward DFWM......Page 176
4.1.3.4 Maker fringe method (THG method) [19, 20]......Page 177
4.1.4 Applications of optical nonlinear materials......Page 178
4.2 Nonresonant nonlinear glasses......Page 180
4.2.1 Nonlinearity of dielectric materials......Page 181
4.2.3 Lines' model for nonresonant optical nonlinearities......Page 183
4.2.4 Nuclear contributions......Page 184
4.2.5.1 Nonlinear refractive index......Page 185
4.2.5.3 Applications......Page 192
4.3.1.1 Band theory of semiconductor [99–102]......Page 194
4.3.1.2 Optical properties of semiconductors [2, 101–106]......Page 197
4.3.2 Linear optical properties of semiconductor-doped glasses......Page 199
4.3.3 Nonlinear optical susceptibilities of the strong confinement case......Page 201
4.3.4.1 Three-level system......Page 206
4.3.4.2 Intensity-dependent response......Page 208
4.3.5.1 Photodarkening mechanisms......Page 210
4.3.5.2 Origin of the trap levels......Page 214
4.3.6.1 Excitonic enhancement of…in microcrystallite......Page 215
4.3.6.2 Excitonic optical nonlinearity in semiconductor-doped glasses......Page 219
4.3.7 Fabrication techniques......Page 221
4.3.8 Applications of semiconductor-doped glasses......Page 223
4.4.1.1 Bulk metal (Drude's theory)......Page 224
4.4.1.3 Composite materials [213, 214, 216–218]......Page 226
4.4.2.1 Local electric field effect (dielectric confinement) [218, 223–225]......Page 228
4.4.2.2 Quantum mechanical effect (quantum confinement) [224–227]......Page 229
4.4.3.1 Nonlinear susceptibility…......Page 230
4.4.3.2 Nonlinear susceptibility of metal particle…......Page 231
4.4.3.3 Response time......Page 233
4.4.3.4 Figure of merit......Page 236
4.5 Comparisons of optical nonlinearities of various nonlinear glass materials......Page 240
References......Page 244
Introduction......Page 254
5.1.1.1 Permanent magnetic dipoles [1, 2]......Page 255
5.1.2.1 Magnetization......Page 256
5.1.2.2 Diamagnetic materials......Page 257
5.2.1 Origin of Faraday rotation [3–6]......Page 258
5.2.2 Verdet constant [8, 9]......Page 260
5.3.1 Diamagnetic glasses......Page 261
5.3.2 Paramagnetic glasses......Page 262
5.3.3.1 Optical isolator (paramagnetic glasses)......Page 273
5 References......Page 275
Index......Page 279