Способ изготовления оптических заготовок

 

Изобретение относится к способам изготовления заготовок для оптических изделий. Цель изобретения - получение длинномерной заготовки для формования оптических волокон. Для этого подачу струи смеси осуществляют в прямолинейно перемещаемую форму и используют цилиндрический пруток из гомополимера с высоким значением показателя преломления, на который наматывают полученную после сополимеризации ленту, начиная с конца, имеющего большую долю структур с высоким значением показателя преломления, и спекают полученную цилиндрическую заготовку нагреванием, при этом в струе смеси обеспечивают объемное соотношение мономеров, при котором точки, расположенные вдоль радиуса цилиндрической заготовки, расположены в ленте друг относительно друга с шагом, равным 2φ(R<SB POS="POST">1</SB>+KH), где R - радиус цилиндрического прутка

K - номер витка в цилиндрической заготовке

H - толщина сополимерной ленты. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПВИ П.1НТ СССР (21) 4245685/31-05 (22) 13.05.87 (46) 15.11.89. Бюл. 11< 42 (71) Институт кибернетики АН ГССР (72) Л.И.Надарейшвили, И.А.Схиртладэе, М.Я,Чубабрия, Н,С.Топуридзе, Л.Д.Клдиашвили, В.В.Лобжанидзе и К.Г.Джапаридзе (53) 678,027(088.8) (56) Патент США У 4022855, кл. ?64-1 опублик ° 1977 ° (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ.

ЗАГОТОВОК (57) Изобретение относится к способам изготовления заготовок для оцтических изделий. Цель изобретения — получение длинномерной заготовки для формирования оптических волокон. Для этого подачу струи смеси осушествляют в

Изобретение относится к способу изготовления заготовок цля оптических иэделий, которые должны иметь заданный профиль градиента показателя преломления, и может быть использовано в оптике.

11ель изобретения — получение длинномерной заготовки для формонания оптических волокон„

На фиг. 1 приведена установка, обший вид; нл фиг. 2,3 — схематично вид на форму с торца и сверху соответственно; нл фиг. 4 — цилиндрический пруток иэ гомополимера с высоким энлчением показателя прелом„„SU,, 1521 1 А1 (11 4 В 29 D 11/00, В 29 С 67/04 прямолинейно перемещаемую форму и используют цилиндрический пруток иэ гомополимера с высоким значением. показателя преломления, на который наматывают полученную после сополимериэлции ленту, начиная с конца, имеющего большую долю структур с высоким значением показателя преломпения, и спекают полученную цилиндрическую заготовку нагреванием, при этом в струе смеси обеспечивают объемное соотношение моиомеров, при котором точки, расположенные вдоль радиуса цилиндрической заготовки, расположены в ленте друг относительно друга с шагом, равным

2и(Г<, + kh), где R — радиус цилиндрического прутка; k — номер витка в цилиндрической заготовке; h — толщина сополимерной ленты. 8 ил. ленин; на фиг. 5 — сополимерная лента длиной L шириной S и толщиной и.

В одном конце ленты преобладают структурные звенья с высоким значением показателя преломления (отмечен кружком), в другом — структурные звенья с низким значением показателя преломления (отмечен крестиком). Направление увеличения поклэлтеля пре— ломления Во длине L ленты поклэлн стрелкой. Показатель преломления в ленте меняется от n < до и . По ширине 8 ленты (прерь<вистля линия, 1 соотношение струк Т> рных эвеHT е«c высоким и низким энлчениями поклэл!

52!80! теля преломления одинаково, так как

orраничительная пластинка 7 способствует равномерному перераспределению смеси мономеров в зоне заполнения формы 16. Следовательно, по ширине

S ленты показатель преломления не меняется.

На фиг. 6 показана сополимерная лента, частично намотанная на пруток !О из полимера с высоким значением показателя преломления с того конца, в котором доля структурных звеньев с высоким значением показателя преломления больше; иа фиг. 7 — полученная цилиндрическая заготовка; на фиг. 8— график профиля радиального градиента показателя преломления п в заготовке.

Предложенный способ реализуется при помощи следующего устроиства (фиг. ). (1).

Сосуды 1 и 2 предназначены для полимеров с соответственно высоким и низким значениями показателя преломления. B сосудах вставлены поршни 3 и 25

4, иад которыми имеются кулачки 5 и

6 закрепленные на оси 7. Один конец

Э оси 7 вставлен в упор 8, а другой соединен с электродвигателем 9, снабженным редуктором. На концах сосудов 1 и 2 имеются краны 10 и ll, К кранам 10 и 11 присоединен тройн к 12 в котором вставлен смеситель и

14

13, соединенный электродвигателем l

На конце тройника 12 имеются два выходных штуцера. Под выходными штуцерами 15 в строго горизонтальной плоскости расположена прямоугольная форма 16, дно которой покрыто целлофаном. К выходным штуцерам 15 прик- 40 реплена ограничительная пластина 17.

Форма снабжена крышкой 18 из кварцевого стекла с обогревом 19. В крышке 18 имеются два отверстия 20 для подачи инертного газа. 45

Способ осуществляется следующим образом.

В сосуды 1 и 2 через краны 10 и

11 при помощи поршней 3 и 4 всасываются соответствующие мономеры, содержащие инициаторы полимеризации: в сосуд 1 — мономер с высоким показателем преломления. Закрываются краны

10 и 11, к ним присоединяется тройник

12 о смесителем !3. Сосуды

1 и 2 поднимаются до соприкосновения поршней 3 и 4 к кулачкам 5 и 6. При включении электродвигателя 9 кулачки 5 и

6, вращаясь в направлении, указанном стрелкой, перемещают вниз поршни .3 и 4, в результате чего из сосудов и 2 вытекают соответствующие мономеры. NQHOMepbl поступают в тройник 12, где перемешиваются червячным смесителем 13. Профиль кулачка 5

Г обеспечивает постепенное уменьшение скорости перемещения поршня 3, а профиль кулачка 6 — постепенное нарастание скорости перемещения поршня 4. Благодаря этому в тройник 12 поступает смесь мономеров, в которой объемная доля мономера с высоким показателем преломления непрерывно убывает, а мономера с низким показателем преломления — нарастает. Смесь мономеров через выходные штуцеры

15 поступает в форму !6, которая равномерно перемещается в направлении, указанном стрелкой. Ограничительная пластинка !7 способствует равномерному перераспределению смеси мономеров в зоне заполнения формы 16. Ilpoдолжительность поступления смеси мономеров в форму 16 равна продолжительности его перемещения на всю длину. После заполнения формы 16 выходные штуцеры 15 вместе с ограничительной пластинкой !7 принимаются, а форма 16 закрывается крышкой

18. Через одно из отверстий 20 в форму 16 впускают инертный гаэ, Далее проводят фото- или термополимеризацию смеси, включая обогрев 19.

После завершения процесса сополимеризации пленочную ленту вынимают из формы 16, плотно заматывают на цилиндрический пруток из гомополимера с высоким показателем преломления, причем намотку ленты начинают с того конца, в котором объемная доля компонента с высоким показателем преломления больше. После намотки ленты полученную цилиндрическую гаэотовку спекают нагреванием в термостате.

Для определения заданного радиального профиля градиента показателя преломления допустим, что нужно получать цилиндрическ ло заготовку высотой S и радиусом В . Заготовка представляет собой сополимерную ленту, намотанную на цилиндрический пруток из гомополимера радиусом R„, Профиль радиального градиента показателя преломления и в заготовке имеет вид, показанный на фиг, 8.

1521801 б ным рал уc()M, Об э чим рез 1к длину окружности k-rn витка.

1 = 7 2ii(R„+ kh) к=< (5) n = и ц+ п,(1 — g). чим

n(r) — n<

n — n, (3) Допустим, сополимер образуется из мономеров, которые при разделительной полимериэации образуют полимеры с показателем преломления п, и и, причем n > n „. Очевидно, что уменьшение п от центра заготовки к периферии (йиг. 8) является следствием уменьшения в сополимере объемной доли заполимеризовавшегося компонента с высоким показателем преломления — (.р от 1 до О и соответствующего увеличения объемной доли заполимеризовавшегося компонента с низким показателем преломления {1-Ц ).

Поэтому ход кривой на фиг.8 не изменится, если на ординате вместо п отложить (у и точку и совместить с точкой 100%-ного содержания компонента с п, а точку n < — с точкой его нулевого содержания. Считаем, что среднее значение показателя преломления в сополимере равно

В соотношении (1) подразумевается, что с зависит от 2, причем 0 r R<.

Тогда соотношение (1) перепишется в виде

n(r) = и g(r) + n (l — g(r)). (2)

Решая (2) относительно g(r) полуЕсли с помощью фиг. 8 и выражения (3) точечно построить график((r) получим кривую.

Если раскрутить цилиндрическую заготовку, то получим ленту длиной

Ь, шириной S и толщиной Ь. Разность значений плотностей полимеров с высоким и низким значениями показателя преломления в соответствии с изменением состава сополимера по длине ленты должна привести к адекватному изменению толщины ленты. Однако, поскольку это изменение в данном случае ввиду малой толщины ленты существенно мало, толщина ленты

h no всей длине принимается равномерной, Намотанная лента представляет собой спираль. В первом приближении вместо спирали можно рассмотреть совокупность окружностей с пере1 = 2i(R< + kh), (4) где k — -номер нитка,,k = 1,2,3...,, .

Полная длина раскрученной ленты равна

1+m

15 = 2 ii {mR h --- — m)

2 где m — количество витков, m = 1,2, 3,.;., .

Точки, расположенные вдоль радиуса цилиндрической заготовки в раскрученной ленте, располагаются друг от друга с шагом 2 й{Я „ + kh), С учетом определенных значений плотностей мономеров и полимеров и заданных параметров заготовки для обеспечения изменяющегося во времени объемного соотношения компонентов в струе смеси, необходимо создать определенную скорость подачи моно30 меров в смеситель, что обеспечивается подбором кулачков в устройстве, задающих перемещение поршней в сосудах с мономерами. Для обеспечения заданного радиального градиента показателя преломления в заготовке необходимо форму, в которую подают смесь мономеров, перемещать относительно струи с определенной скоростью, обеспечивавшей расположение точек друг относительно друга на ленте, соответствующих точкам, расположенным вдоль радиуса цилиндрической заготовки, на расстоянии

2ь (R< + kh)

45 Пример. В сосуды 1 и 2 всасывают соответственно свежеперегнанные стирол и метилметакрилат на высоту примерно 80 мм и закрывают краны 10 и 11. Оба мономера содержат

50 перекись бензола (массовая доля

0,5%). Мономеры в соотношении, которое задается путем подачи их в смеситель с необходимой скоростью, что определяется профилями кулачков, перемещающих поршни в сосудах 1 и

2. Смесь мономеров поспутает в форму 16 длиной 76 мм и шириной 40 мм.

Продолжительность поступления смеси мономеров в форму 16 и перемещения

1521801 последнего равна 2, 5 мин, Сополимеризацию проводят при 70-80 С в течение 6-8 ч. В стеклянный капилляр длиной 10 мм и внутренним диаметром

2 мм вводят свежеперегнанный стирол, содержащий 0,5 мас.Е перекиси бенэола. Запаивают концы капилляра и о помещают в термостат при 100 С в течение 6-8 ч. После охлаждения капилляр разбивают и освобождают полисти.рольный пруток. Сополимерную пленку плотно наматывают на полистирольный пруток, обворачивают алюминиевой фольгой и в вертикальном положении спекают в термостате при 130-140 С в течение 0,5 ч. Далее цикл повторяется.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ изготовления оптических заготовок с заданным профилем радиального градиента показателя преломле.ния, включающий дозированное с заданным объемным соотношением смешение жидких мономеров с разным значением показателя преломления, подачи струи смеси в подвижную форму и последующую сополимериэацию смеси, о т л и ч а— ю щ v. и с я тем, что, с целью получения длинномерной заготовки для формирования оптических волокон, осуществляют подачу струи смеси в прямолинейно перемещаемую форму и используют цилиндрический пруток иэ гомополимера с высоким значением показателя преломления, на который наматывают полученную после сополимеризации ленту, начиная с конца, имеющего большую долю структур с высоким значением показателя преломления, и спекают полученную цилиндрическую заготовку нагреванием, при этом в струе смеси обеспечивают объемное соотношение мономеров, при котором точки, расположенные вдоль радиуса цилиндрической заготовки, располо2р жены в ленте одна относительно другой с шагом, равным

2в(R + kh)

25 где R — радиус цилиндрического прутка; — номер витка в цилиндрической заготовке; толщина сополимерной ленты..!

521801

l52180i

Составитель И. Фролова

Техред JI.Олийнык Корректор И, Иаксимипгинец

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 6897/26 Тирам 535 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, i/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Г; гарина, 101