Волоконно-оптический элемент

 

Изобретение относится к оптической промышленности, в частности к спеченным жестким элементам волоконной оптики, поворачивающим изображение на угол до 180^o. С целью повышения светопропускания и снижения неравномерности светопропускания по световому полю стекло сердцевины волоконного элемента содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 15 - 17,5; B₂O₃ 10 - 13; La₂O₃ 17 - 19,5; TiO₂ 12 - 14; BaO 29 - 32; CdO 3 - 8; ZrO₂ 3 - 5; As₂O₃ 0,3 - 0,5; Nb₂O₅ 3 - 5; CeO₂ 0,3 - 1,0; стекло прозрачной оболочки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 61 - 69; B₂O₃ 12 - 21; Al₂O₃ 2 - 9; K₂O 9,5 - 14; As₂O₃ 0,3 - 0,5; MgO 0,1 - 1,0; CaO 0,3 - 2,0; BaO 0,3 - 3,0; Li₂O 0,5 - 5,0; Na₂O 2 - 10; CeO₂ 0,3 - 1,0. Стекло окрашенной оболочки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 58 - 67; Ba₂O₃ 12 - 21; Al₂O₃ 2 - 5; Na₂O 2 - 10; K₂O 3 - 10; CaO 0,5 - 2; BaO 0,5 - 8; Mn₂O₃ 0,01 - 0,5; Cr₂O₃ 0,01 - 0,3; CoO 0,01 - 0,2; Li₂O 0,5 - 5,0; MgO 0,1 - 0,6. С целью увеличения апертурного числа, повышения коэффициента передачи контраста и стойкости к излучению стекло сердцевины содержит, мас. %: Nb₂O₃ 3,0 - 5,0; CeO₂ 0,3 - 1,0; стекло прозрачной оболочки содержит, мас.%: MgO 0,1 - 1,0; CaO 0,3 - 2,0; BaO 0,3 - 3,0; Li₂O 0,5 - 5,0; Na₂O 2 - 10; CeO₂ 0,3 - 1,0; стекло окрашенной оболочки содержит, мас.%: CoO 0,01 - 0,20; Li₂O 0,5 - 5,0; MgO 0,1 - 0,6. Апертурное число 1,00 - 1,08, коэффициент передачи контраста 0,92 - 0,99, коэффициент пропускания 0,45 - 0,55. 5 табл.

Изобретение относится к оптической и электронной промышленности, в частности к элементам волоконной оптики спеченным волоконно-оптическим элементам, поворачивающим изображение на угол до 180^о (ВОЭ 180^о). Изобретение может быть использовано в оптической и электронной промышленности. Волоконно-оптический элемент, поворачивающий изображение, в дальнейшем называемый поворотником, состоит из регулярно уложенных спеченных элементарных световодов, состоящих из сердцевины, изготовленной из стекла с высоким показателем преломления, из прозрачной оболочки, изготовленной из стекла с низким показателем преломления, меньшим, чем у стекла сердцевины, и второй поглощающей свет оболочки, изготовленной из окрашенного стекла. В отличие от спеченных волоконно-оптических пластин волокна в поворотнике скручены вокруг продольной оси на угол до 180^о. Скручивание производится при повторном нагреве элемента до температуры размягчения стекол. Эта дополнительная операция и конструктивные особенности поворотника большая толщина по сравнению с волоконно-оптическими пластинами накладывает дополнительные требования к составам стекол для сердцевины, прозрачной оболочки и особенно для окрашенной оболочки. Оптические стекла для изготовления сердцевины, прозрачной и окрашенной оболочки должны быть особым образом подобраны друг к другу по большому комплексу физических и физико-химических свойств, выбор стекол и составление из них комбинации определяет свойства поворотника и возможность его реализации. Известны волоконно-оптические элементы из комбинаций стекол, однако они не пригодны для изготовления поворотника либо из-за высокой кристаллизационной способности сердцевины и высокой оптической плотности оболочки, либо из-за малого апертурного числа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является волоконно-оптический элемент, состоящий из сердцевины и оболочек. Сердцевина волокна содержит, мас. SiO₂ 13,5-17; B₂O₃ 6-9,5; La₂O₃ 17-19,5; TiO₂ 12-13; BaO 28-30; ZrO₂ 0,5-4,0; Nb₂O₅ 3,5-11,5; CdO 3,5-7; GeO₂ 0,5-5,0; As₂O₃ 0,1-0,5; дополнительно содержит CeO₂ 0,1-2,2; Sb₂O₃ 0,1-0,3. Стекло прозрачной оболочки содержит, мас. SiO₂ 58-69; B₂O₃ 12-21; Al₂O₃ 2-9; один из них или их смесь Na₂O, Li₂O 0,5-10; K₂O 0,5-10; As₂O₃ или Sb₂O₃ 0,1-0,5; дополнительно содержит CeO₂ 0,1-2,2; CaO 0,3-4,0; MgO 0,1-1,0; BaO 0,3-5,0. Стекло темной экранирующей оболочки содержит, мас. SiO₂ 57-68; B₂O₃ 12-25; Al₂O₃ 2-9; один из них или их смесь Na₂O, Li₂O 0,5-10; K₂O 0,5-10; CaO 0,5-4,0; BaO 0,5-8,0; Mn₂O₃ 0,5-2,5; Cr₂O₃ 0,1-0,5; CoO 0,01-0,4; дополнительно содержит MgO 0,1-2,0. Недостатком указанного волоконно-оптического элемента является высокая кристаллизационная способность стекол сердцевины, не позволяющая производить повторный нагрев и скручивание спеченного волокна для получения поворотника, так как при повторном нагреве резко снижается пропускание волокна и возникает большая неравномерность пропускания по световому полю из-за сильного снижения пропускания (особенно в периферийной зоне). Кроме того, сердцевина для повышения показателя содержит дорогостоящий GeO₂. Цель изобретения повышение светопропускания по световому полю. Для этого в волоконно-оптическом элементе (ВОЭ), спеченном из пучка стеклянных волокон, скрученных вокруг оптической оси до 180^о, содержащих сердцевину, выполненную из стекла, включающего SiO₂, Ba₂O₃, La₂O₃, BaO, TiO₂, ZrO₂, CdO, As₂O₃, прозрачную оболочку, выполненную из стекла, включающую SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, K₂O, As₂O₃; окрашенную оболочку, выполненную из стекла, включающего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, Mn₂O₃, Cr₂O₃, стекло сердцевины содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. SiO₂ 15-17,5 B₂O₃ 10-13 La₂O₃ 17-19,5 TiO₂ 12-14 BaO 29-32 CdO 3-8 ZrO₂ 3-5 As₂O₃ 0,3-0,5 Стекло прозрачной оболочки содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. SiO₂ 61-69 B₂O₃ 12-21 Al₂O₃ 2-9 K₂O 9,5-14 As₂O₃ 0,3-0,5 а стекло окрашенной оболочки содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. SiO₂ 58-67 B₂O₃ 12-21 Al₂O₃ 2-5 Na₂O 2-10 K₂O 3-10 CaO 0,5-2 BaO 0,5-8 Mn₂O₃ 0,01-0,50 Cr₂O₃ 0,05-0,30 C целью увеличения апертурного числа, коэффициента передачи контраста и стойкости к излучению стекло сердцевины дополнительно содержит, мас. Nb₂O₅ 3,0-5,0; CeO₂ 0,3-1,0; стекло прозрачной оболочки дополнительно содержит, мас. CaO 0,3-2,0; MgO 0,1-1,0; BaO 0,3-3,0; Li₂O 0,5-5,0; CeO₂ 0,3-1,0; Na₂O 2-10; стекло окрашенной оболочки дополнительно содержит, мас. CoO 0,01-0,20; Li₂О 0,5-5,0; MgO 0,1-0,6. Конкретные составы стекол сердцевины и некоторые их свойства представлены в табл.1, стекол прозрачной оболочки в табл.2, стекол окрашенной оболочки в табл.3. Стекло сердцевины получают плавлением сырьевых материалов-окислов углекислых солей с высокой степенью чистоты в платиновых сосудах емкостью 60-100 л. Стекло оболочек варят в кварцевых сосудах емкостью 280 л или в керамических емкостью 600 л. Компоненты вводят через окислы или углекислые и азотнокислые соли. Расплав стекла перемешивают мешалкой, отливают в формы и отжигают. Из стекла сердцевины и оболочек, должным образом подобранных по совместимости, вязкости, ТКЛР, вытягивают одножильное волокно. Низкая кристаллизационная способность стекол и высокие их выработочные свойства позволяют применять для вытягивания одножильных световодов прогрессивный, высокопроизводительный фильерный метод из расплава стекол с помощью концентрических тиглей с фильерами. Затем ОЖС укладывают в пакет и перетягивают вторично в многожильные световоды. Полученные многожильные световоды прессуют в блоки при 670-680^оС, отжигают и затем разрезают на заготовки для поворотника, которые в специальной установке повторно разогревают и производят скручивание (см. патент N 4011069, 65/11, 1977; авторское свидетельство N 1376504, C 03 B 37/00) до 180^о. Из скрученной заготовки изготовляют поворотник, передающий изображение с одного торца на другой и поворачивающий его на угол до 180^о в зависимости от угла скручивания. Оптические свойства поворотника, изготовленного из различных комбинаций, приведены в табл.4 и 5. Как видно из табл.4, по сравнению с прототипом поворотник, изготовленный из новых комбинаций стекол, обладает значительно большим (в 1,5-2 раза) пропусканием и низкой неравномерностью пропускания по полю. В центре образца при диаграфме диаметром 5 мм τ 45-55% а по всему полю при диафрагме диаметром 15 мм τ 38-53% т.е. падение пропускания от центра к периферии составляет 2-7% у прототипа падение пропускания от центра к краю 10% у иностранного образца 15% Увеличение КПК при повышении плотности оболочки демонстрируется комбинацией 6/10/4, а увеличение апертуры комбинацией 7/1/1. При изготовлении ВОЭ-180 и стекол, содержащих CeO₂, повышается устойчивость изделия к жесткому излучению (см. табл.5). Использование волоконно-оптических элементов типа поворотник позволило сконструировать новый тип малогабаритного электронно-оптического преобразователя с высокими характеристиками. В настоящее время изготовлены опытные партии поворотников, которые испытаны в приборах с положительным результатом, производится регулярная поставка указанных волоконных элементов.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический элемент, содержащий сердцевину, выполненную из стекла, включающего SiO₂, B₂O₃, La₂O₃, BaO, CdO, TiO₂, ZrO₂, As₂O₃, прозрачную оболочку, выполненную из стекла, включающего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, K₂O, As₂O₃, окрашенную оболочку, выполненную из стекла, включающего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, CaO, BaO, Mn₂O₃, Cr₂O₃, отличающийся тем, что, с целью повышения светопропускания по световому полю, сердцевина, прозрачная и окрашенная оболочки имеют состав, мас. Сердцевина SiO₂ 15 17,5 B₂O₃ 10 13 La₂O₃ 17 19,5 BaO 29 32 CdO 3 8 TiO₂ 12 14 ZrO₂ 3 5
As₂O₃ 0,3 0,5
Прозрачная оболочка
SiO₂ 61 69
B₂O₃ 12 21
Al₂O₃ 2 9
K₂O 9,5 14
As₂O₃ 0,3 0,5
Окрашенная оболочка
SiO₂ 58 67
B₂O₃ 12 21
Al₂O₃ 2 5
Na₂O 2 10
K₂O 3 10
CaO 0,5 2
BaO 0,5 8
Mn₂O₃ 0,01 0,5
Cr₂O₃ 0,01 0,3
2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения апертурного числа, повышения коэффициента передачи контраста и стойкости к излучению, сердцевина, прозрачная и окрашенная оболочки дополнительно содержат, мас. Сердцевина
Nb₂O₅ 3,0 5,0
CeO₂ 0,3 1,0
Прозрачная оболочка
MgO 0,1 1,0
CaO 0,3 2,0
BaO 0,3 3,0
Li₂O 0,5 5,0
Na₂O 2 10
CeO₂ 0,3 1,0
Окрашенная оболочка
CoO 0,01 0,2
Li₂O 0,5 5,0
MgO 0,1 0,6

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---