Одномодовый радиационно-стойкий сохраняющий поляризацию излучения световод

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконных линиях связи, а также при создании датчиков физических величин. Устройство содержит световедущую жилу из кварца или из кварца, легированного азотом, отражающую оболочку из кварца, легированного фтором, круглые нагружающие стержни из кварца, легированного бором, в оболочке из чистого кварца или из кварца, легированного фтором, и защитно-упрочняющее полимерное покрытие. Нагружающие стержни размещены на расстоянии от центра световедущей жилы до оболочки нагружающих стержней, равном или большем диаметра световедущей жилы. Технический результат - улучшение радиационной стойкости световода и исключение диффузии примесей, образующих радиационные центры окраски из нагружающих стержней в защитную оболочку. 1 ил.

 

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконных линиях связи, а также при создании волоконно-оптических гироскопов и других датчиков физических величин.

Известны волоконные световоды на основе кварцевого стекла, легированного германием [1]. Германий вводят в стекло сердцевины световода для повышения показателя преломления стекла и тем самым создают радиальный профиль показателя преломления с максимумом в сердцевине. Недостатком таких световодов является недостаточная радиационная стойкость германий-силикатного стекла.

Известны волоконные световоды, в которых сердцевина состоит из нелегированного кварцевого стекла, а в качестве оболочки используют кварцевое стекло с меньшим показателем преломления, например, легированное фтором [2]. Такие световоды более радиационно стойки. Их недостатком является депрессированная структура показателя преломления, которая делает световод чувствительным к микроизгибам и поэтому является источником дополнительных оптических потерь. Для минимизации таких потерь требуется создание в заготовках световодов относительно толстой оболочки из стекла, легированного фтором, что усложняет технологию изготовления заготовок. Их преимуществом является также отсутствие дорогостоящих легирующих элементов в составе кварцевого стекла.

Известны волоконные световоды на основе кварцевого стекла, легированного азотом[3]. Они сочетают в себе радиационную стойкость, близкую к световодам с чисто кварцевой сердцевиной и фтор-силикатной оболочкой, и структуру показателя преломления без депрессии, свойственную германий-силикатным волоконным световодам. Их преимуществом является также отсутствие дорогостоящих легирующих элементов в составе кварцевого стекла. Числовая апертура и связанный с этим положительный эффект, достигаемый при использовании таких световодов, тем больше, чем больше концентрация азота. В источнике[4] подробно рассмотрены технологические режимы, требуемые для обеспечения вхождения азота в кварцевое стекло до уровня, необходимого для обеспечения требуемой разности показателя преломления жилы и отражающей оболочки. Основным недостатком волокна является малая и нестабильная величина двулучепреломления в световедущей жиле и отражающей оболочке, что делает невозможным его применение в волоконно-оптических гироскопах и других датчиках физических величин.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой настоящим изобретением конструкции сохраняющего поляризацию излучения световода является конструкция одномодового, сохраняющего поляризацию излучения световода с большим линейным двулучепреломлением типа «Панда», рассмотренная в [5]. Одномодовый, сохраняющий поляризацию излучения световод типа «Панда», изготовленный по способу, рассмотренному в [5], содержит световедущую жилу из кварца, легированного германием (GeО₂), отражающую оболочку из кварца, легированного фтором F, круглые нагружающие стержни из кварца, легированного бором (В₂O₃), без круговой оболочки из кварцевого стекла. Основным недостатком известной конструкции одномодового волоконного, сохраняющего поляризацию излучения световода типа «Панда», рассмотренным в [5], является недостаточная радиационная стойкость германий-силикатного стекла, материала световедущей жилы. Материал нагружающих стержней, кварц, легированный бором (В₂О₃), первым переходит из твердой фазы в жидкую фазу, т.к. температура плавления кварца, легированного бором (В₂О₃), ниже температуры плавления чистого кварца, и заполняет соседние полости, пузыри, что искажает форму и размеры нагружающих стержней, что ухудшает прочностные и поляризационные характеристики световода. Требования к реагенту (ВВr₃), используемому для формирования структуры нагружающих стержней, к содержанию примесей обычно занижены как к материалу, не используемому для формирования световедущей жилы и отражающей оболочки. Поэтому кварц, легированный бором (В₂O₃), может содержать примеси, которые образуют радиационные центры окраски, поглощающие свет, распространяющийся по световоду при воздействии на них ядерного и/или ионизирующего излучения, неконтролируемо увеличивают оптические потери в световоде вплоть до утраты прозрачности световода.

Задачей настоящего изобретения является улучшение оптических анизотропных характеристик с сохранением радиационной стойкости одномодового, сохраняющего поляризацию излучения волоконного световода. Другой задачей настоящего изобретения является исключение диффузии примесей, образующих радиационные центры окраски из нагружающих стержней кварца, легированного бором (В₂О₃), в защитную оболочку из кварца.

Указанные задачи решаются тем, что применяют световедущую жилу из кварца или из кварца, легированного фтором или азотом, отражающую оболочку из кварца, легированного фтором, нагружающие стержни из кварца, легированного бором (В₂О₃), в круговой оболочке из чистого кварца или из кварца легированного фтором (F), и размещением их на расстоянии от центра световедущей жилы до оболочки нагружающих стержней, равном или большем диаметра световедущей жилы. Круговая оболочка боросиликатных нагружающих стержней из чистого кварца или из кварца, легированного фтором, имеет температуру плавления, равную или близкую к температуре плавления чистого кварца, и вязкость расплавленной массы оболочки нагружающих стержней больше вязкости расплавленной массы материала нагружающих стержней из кварца, легированного бором (В₂О₃), что препятствует его растеканию в процессах сплавления заготовки с нагружающими стержнями и вытяжки из нее оптического волокна и оптимизирует процесс сплавления материала оболочки нагружающих стержней с материалом защитной кварцевой оболочки.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На Фиг. показан поперечный разрез сохраняющего поляризацию излучения световода типа «Панда»,

1 - световедущая жила диаметром D_ж, 2 - отражающая оболочка световедущей жилы, диаметром D_oo, 3 - боросиликатные нагружающие стержни диаметром d_c, 4 - круговые оболочки нагружающих стержней диаметром d_oc, 5 - защитная кварцевая оболочка диаметром D_в

L≥ D_ж

где L- расстояние от границы световедущей жилы 1 до границы круговой оболочки нагружающего стержня 4.

Таким образом одномодовый волоконный радиационно-стойкий световод, сохраняющий поляризацию излучения, со световедущей жилой из кварца, отражающей оболочкой кварца, легированного фтором, в круговой оболочке из чистого кварца или из кварца, легированного фтором, и нагружающие стержни из кварца, легированного бором, в круговой оболочке из чистого кварца или из кварца, легированного фтором:

- сохраняет поляризацию передаваемого излучения;

- стоек к ядерному и ионизирующему излучению.

Исключение из легирующих компонентов, формирующих показатель преломления световедущей жилы, германия (GеO₂) позволило добиться не только увеличения стойкости к ядерному и ионизирующему излучению с сохранением поляризации излучения световода, но и сократить количество применяемых для формирования структуры световода особочистых реагентов. В одном из вариантов, при условии применения готовых нагружающих стержней, структура световода может формироваться двумя реагентами - фтором (F) и кремнием (SiO₂), что уменьшает вероятность занесения примесей, образующих радиационные центры окраски. Датчики, изготовленные с использованием этого световода, не требуют специальных мер защиты от радиационного и ионизирующего излучения.

Литература

1. Оптические системы связи / Дж.Гауэр, Перевод с английского под ред. Ларкина А.И. - М.: Радио и связь, 1989, с.98.

2. Бирюков А.С., Голант К.М., Дианов Е.М., Коропов А.В., Шаханов А.В. Высокочистые вещества, N 1, 1992, с.19.

3. V.A.Bogatyrjov, Е.М.Dianov, К.М.Golant, R.R.Khrapko, A.S.Kurkov, Silica fibers with silicon oxynitride core fabricated by plasmachemical technology, OFC'95, San Diego, California, Technical Digest, vol.8, p.266.

4. Голант K.M., Дианов E.M., Храпко P.P. «Способ изготовления заготовок на основе кварцевого стекла» Патент РФ №2112756, заявка №97109601/28, 05.06.1997.

5. А.И.Зуев, А.В.Белащенко, В.К.Варнаков, А.Н.Силин «Способ изготовления одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения» Патент РФ №2252197, заявка №2003134317/28.

Одномодовый волоконный радиационно-стойкий световод, сохраняющий поляризацию излучения, содержащий световедущую жилу из кварца или из кварца, легированного азотом, отражающую оболочку из кварца, легированного фтором, круглые нагружающие стержни из кварца, легированного бором, в оболочке из чистого кварца или из кварца, легированного фтором, и защитно-упрочняющее полимерное покрытие, отличающийся тем, что нагружающие стержни из кварца, легированного бором, в оболочке из чистого кварца или из кварца, легированного фтором, размещены на расстоянии от центра световедущей жилы до оболочки нагружающих стержней, равном или большем диаметра световедущей жилы.