Фотонно-кристаллическое халькогенидное волокно и способ его изготовления

Изобретение относится к волоконной оптике. Фотонно-кристаллическое халькогенидное волокно состоит из центрального волноведущего стержня из халькогенидного стекла, микроструктурной волноведущей оболочки из чередующихся слоев халькогенидного стекла и воздушных зазоров и второй защитной микроструктурной оболочки из многокомпонентного стекла. Способ его изготовления включает предварительную вытяжку стержней. Далее формируют халькогенидную вставку путем укладки стержней из халькогенидного стекла с соответствующими воздушными зазорами, а затем укладывают внешние поддерживающие тонкостенные капилляры из многокомпонентного стекла в толстостенную трубку из многокомпонентного стекла. Технический результат - обеспечение высокой нелинейности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к оптической и электронной промышленностям и может быть использовано для нелинейного преобразования электромагнитного излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне при конструировании систем для передачи и обработки информации.

Известны различные типы и конструкции фотонно-кристаллических волокон, которые используются в оптических приложениях и, в частности, при решении задач, связанных с управлением спектральными характеристиками оптической системы и способы их изготовления, например, известны халькогенидные волокна (US 6074968 А), имеющие стеклянную сердцевину и два слоя оболочки, второй слой оболочки имеет коэффициент преломления ниже, чем у основного стекла и выше, чем у первой оболочки стекла. Стеклянные волокна, имеющие структуру сердцевина-оболочка, обладают хорошими механическими характеристиками и сниженными потерями передаваемого сигнала в инфракрасной области спектра. Однако основным недостатком этих волокон является стандартная архитектура, а также использование дорогостоящих халькогенидных стекол и для сердцевины, и для оболочки.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является конструкция волоконных волноводов (US 2003044159 A1, US 7142756 B2), имеющая вдоль оси волновода: цилиндрическую сердцевину, проходящую вдоль оси волновода, и оболочку из трубки, отличающуюся от сердцевины. В данном типе волокна по меньшей мере одна из частей выполнена из халькогенидного стекла, содержащего селен и теллур, благодаря чему достигается высокий индекс контрастности между элементами волновода. Недостаток таких волноводов состоит в том, что происходит касание волноведущей жилы из халькогенидного стекла с регулярным стеклом, что увеличивает потери в ИК области спектра.

Известен метод получения волокна (US 5953478 А), который представляет собой метод упрочнения халькогенидной сердцевины, при котором используют металлическое покрытие, стойкое к окислению химическими компонентами, входящими в состав халькогенидного стекла, при этом покрытие имеет температуру плавления ниже температуры размягчения халькогенидного стекла. Однако данный способ не позволяет производить вторичное перетягивание с целью изменения диаметра волокна, с сохранением покрытия, а в случае переработки требует повторного нанесения покрытия.

Известен способ получения халькогенидного оптического волокна (WO 2013166401 А1) путем формирования заготовки, состоящей из халькогенидного стекла и полимерного материала, полученной экструзивным методом. Причем в процессе экструзии происходит нагревание до температуры ниже точки плавления халькогенидного стекла, что приводит к формированию полимерной оболочки, т.е. просто нанесение покрытия на уже готовый халькогенидный стержень. Предложенный способ не позволяет производить изменение диаметра халькогенидной жилы, а лишь позволяет нанести полимерное покрытие.

Наиболее близким к изобретению способом получения халькогенидного оптического волокна является способ, описанный в патенте (CN103011575 А). В нем показана возможность создания халькогенидного фотонно-кристаллического волокна методом прецизионного сверления алмазным сверлом исходной заготовки халькогенидного стекла. Главным недостатком данной технологии является невозможность получения отверстий с точностью, достигаемой при вытяжке заготовки, а также невозможность варьирования формы отверстий и плохая повторяемость изделий, не говоря о больших потерях дорогостоящего стекла.

Задача предлагаемого изобретения - создание конструкции и способа изготовления фотонно-кристаллических халькогенидных волокон с твердой сердцевиной, методом сборки и перетяжки исходных заготовок. В разработке конструкции волокна, состоящего из халькогенидной микро- и нано-структуры, в отличие от известных приемов, когда используют два типа халькогенидов с различными коэффициентами показателя преломления, предлагаемое решение имеет два преимущества: во-первых, позволяет производить волокна с диаметром сердцевины, близким к оптической длине волны, которые обладают высокой нелинейностью. Во-вторых, в качестве направляющего дефекта использовано халькогенидное стекло, и нет необходимости использовать дорогое стекло для создания структурной оболочки. Более того, создание второй микроструктурной оболочки вокруг халькогенидной вставки позволит ее защитить во время процедуры вытяжки волокна. Таким образом, это решение позволит получить рентабельное производство халькогенидного волокна.

Достигается поставленная задача тем, что фотонно-кристаллическое волокно имеет центральный волноведущий стержень из халькогенидного стекла, волноведущую микроструктурную оболочку из чередующих слоев халькогенидного стекла и воздушных зазоров и вторую защитную микроструктурную оболочку, выполненную из многокомпонентного стекла. Способ его изготовления включает предварительную вытяжку стержней из халькогенидного стекла разных размеров - центральный халькогенидный стержень имеет размеры большие, чем окружающие его халькогенидные стержни, выполняющие функции волноведущей оболочки и поддержки центрального волноведущего стержня, капилляров из тонкостенных трубок стандартного многокомпонентного стекла и толстостенной трубки. Далее формируют халькогенидную вставку путем укладки стержней из халькогенидного стекла в центре большего диаметра, по его образующей меньшего диаметра, с соответствующими воздушными зазорами, а затем укладывают внешние поддерживающие тонкостенные капилляры из многокомпонентного стекла в толстостенную трубку из многокомпонентного стекла, причем внутренний диаметр соответствует размерам уложенного пакета и уже далее заготовку перетягивают в волокно необходимых размеров. Предложенная конструкция и технология позволит разработать новый тип халькогенидного волокна для гибкого управления инфракрасным излучением в нелинейно-оптических приложениях, в частности генерации суперконтинуума в средней инфракрасной области.

Ввиду недостаточной прозрачности для ИК диапазона оптического спектра у стекол многокомпонентной группы, центральная волноведущая часть волокна выполняется из халькогенидного стекла, а ввиду высокой стоимости халькогенидных стекол по сравнению со стеклами многокомпонентной группы, обкладка центрального волноведущего дефекта выполняется из капилляров из многокомпонентного стекла, подобранного по принципу близости коэффициентов температурного расширения и температур размягчения и кристаллизации.

В качестве исходного материала для производства фотонно-кристаллических халькогенидных волокон с твердой сердцевиной используются круглые тонкостенные капилляры из многокомпонентного стекла и стержни различного диаметра из халькогенидного стекла. Капилляры из многокомпонентных стекол изготавливаются из расплава стекла по классической волоконной технологии путем вытяжки на установке, состоящей из печи, фильерного узла и механизма вытяжки. В печи при нагреве (не более 1000 C°) происходит размягчение стеклоблока, а форму, размер и последующую конфигурацию изделия формирует фильера, фильерный узел и работа механизма вытяжки. А стержни различного диаметра из халькогенидного стекла изготавливаются путем предварительной вытяжки необходимого диаметра.

После этапа получения исходных заготовок капилляров и стержней они укладываются в пакет, например, как на (Фиг.1), при этом реализуется необходимое соотношение между сердцевиной и оболочкой волокна. Для эффективной локализации излучения в твердом волноведущем дефекте основной дефект (центральный халькогенидный стержень) окружают малыми халькогенидными стержнями, обеспечивая необходимые воздушные зазоры. При необходимости вытяжка производится в несколько этапов. Основным геометрическим параметром структуры, оказывающим влияние на спектральные характеристики волокна в максимальной степени, является диаметр волноведущих дефектов в структуре волокна и размеры воздушных зазоров.

За счет сборки исходной заготовки из халькогенидного стекла, в качестве волноведущего дефекта, и стекла многокомпонентной группы, в качестве упрочняющей оболочки волокна, получается достаточное пропускание волокна в ИК диапазоне спектра электромагнитного излучения, необходимая локализация излучения в сердцевине для осуществления нелинейного преобразования излучения, а также удешевление волокна за счет сокращения массы дорогого халькогенидного стекла.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1.

Получаемая после перетяжки геометрия поперечного сечения волокна схематично изображена на Фиг.2. Структура волокна включает: одну центральную сердцевину из халькогенидного стекла (1) диаметром 10 мкм, которая подвешена на четырех штабиках подвесах из халькогенидного стекла (2) имеющих диаметр 5 мкм, четыре капилляра из многокомпонентного стекла (3), касающиеся четырех халькогенидных штабиков подвесов (3), трубка из многокомпонентного стекла (4) выполняет функцию защитной оболочки и необходима для улучшения прочностных характеристик волокна.

Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.

На фигуре 1 представлена геометрия исходного пучка фотонно-кристаллического халькогенидного волокна.

На фигуре 2 представлена фотография полученного по предлагаемому способу волокна (поперечное сечение)

1. Фотонно-кристаллическое волокно, состоящее из центрального волноведущего стержня из многокомпонентного стекла, окруженного микроструктурной оболочкой, в виде периодически уложенного массива капилляров из многокомпонентного стекла, отличающееся тем, что центральный волноведущий стержень выполнен из халькогенидного стекла, а волноведущая микроструктурная оболочка выполнена из чередующихся слоев халькогенидного стекла и воздушных зазоров.

2. Фотонно-кристаллическое волокно по п.1, отличающееся тем, что имеет вторую защитную микроструктурную оболочку, выполненную из многокомпонентного стекла.

3. Способ изготовления фотонно-кристаллического халькогенидного волокна, включающий предварительную вытяжку стержней и капилляров, укладку в пакет и вторую перетяжку, отличающийся тем, что стержни изготавливают из халькогенидного стекла, а капилляры - из тонкостенных трубок стандартного многокомпонентного стекла.

4. Способ по п.1, согласно которому производят предварительную вытяжку стержней из халькогенидного стекла разных размеров, причем центральный халькогенидный стержень имеет размеры, большие чем окружающие его халькогенидные стержни, выполняющие функции волноведущей оболочки и поддержки центрального волноведущего стержня.

5. Способ по п.1, согласно которому внешние поддерживающие тонкостенные капилляры из электровакуумного стекла укладывают вокруг халькогенидной вставки в толстостенную трубку из многокомпонентного стекла, причем ее внутренний диаметр соответствует размерам уложенного пакета, и далее заготовку перетягивают в волокно необходимых размеров.



 

Похожие патенты:

Изобретение касается идентификации оптических волокон. Сущность заявленного решения заключается в том, что в каждое волокно оптической линии вводят оптический зондирующий сигнал.

Изобретение относится к методам химического парофазного осаждения для изготовления кварцевых световодов с малыми оптическими потерями. Согласно способу внутрь трубки заготовки волоконного световода вводят сухие, содержащие дейтерий газы, например пары диметилсульфоксида Д6.

Изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам, имеющим низкий коэффициент затухания. Оптическое волноводное волокно включает сердцевину и оболочку.

Изобретение относится к осветительным устройствам. В светоизлучающем устройстве источник света имеет узкое или ограниченное распределение интенсивности света.

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему волновод. Устройство содержит волноводный элемент с первой и второй наружной поверхностями и границей волновода.

Изобретение относится к устройству удаления оболочки оптического волокна. В устройстве (11) удаления оболочки оптического волокна для вытягивания стеклянного волокна (1а) из покрытия (1b) путем разрезания покрытия (1b) в части (31) для удаления оболочки и перемещения части (13) для удержания оптического волокна в сторону от основного блока (12) устройства удаления оболочки в нагретом состоянии часть (31) для удаления оболочки выполнена с опорным элементом (43) нагревателя, на котором установлен нагреватель (42), опорный элемент (43) нагревателя размещен в углубленной приемной части, образованной в корпусе (12а), теплоизолирующий промежуток (55) образован между углубленной приемной частью (51) и опорным элементом (43) нагревателя, боковая поверхность опорного элемента (43) нагревателя и внутренняя поверхность боковой стенки (51b) углубленной приемной части (51) входят в контакт друг с другом посредством бокового ребра (61), выполненного на опорном элементе (43) нагревателя, Технический результат - обеспечение возможности удаления покрытия без проникновения воды и с меньшим тяговым усилием, которое требуется для удаления покрытия.

Изобретение относится к области сварки оптических волокон. Картридж для устройства сварки оптических волокон содержит основание в виде позиционируемой на рабочей поверхности пластины прямоугольной формы в плане, на лицевой поверхности которой по краям одних противоположно лежащих сторон расположены выступающие вверх призматической формы блоки с гнездами для закрепления стержневых электродов, выставленных соосно заостренными концами навстречу друг другу над центральной частью пластины между блоками.

Группа изобретений относится к области волоконных световодов, стойких к воздействию ядерного и/или ионизирующего излучения. Волоконный световод получают методом химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов.

Изобретение относится к одномодовым оптическим волокнам с низкими изгибными потерями. Оптическое волокно включает в себя центральную область стеклянной сердцевины, имеющую максимальное приращение Δ1макс показателя преломления в процентах.

Изобретение относится к коллиматорам, которые могут быть использованы для освещения жидкокристаллических экранов. Коллиматор выполнен в виде клиновидного оптического волновода, который имеет первый конец, второй конец, противолежащий первому концу.

Изобретение относится к осветительному устройству. Устройство содержит источник света и линзу, размещенную перед источником света. Линза снабжена поверхностью входа света на стороне, обращенной к источнику света, и поверхностью выхода света на стороне, удаленной от источника света. Линза включает в себя некоторое количество полосковых взаимно соединенных вблизи вторых концов удлиненных световодных элементов, которые содержат поверхность входа света и поверхность выхода света. Световые лучи, излучаемые источником света, передаются в удлиненных световодных элементах за счет полного внутреннего отражения. Технический результат - уменьшение воспринимаемой яркости за счет увеличения поверхности выхода света относительно поверхности излучения света. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к оптическим волокнам с малыми изгибными потерями. Волокно содержит легированную диоксидом германия центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r1 и Δ1 показателя преломления. Первая область внутренней оболочки имеет внешний радиус r2 больше 8 мкм и Δ2 показателя преломления. Вторая область внешней оболочки окружает область внутренней оболочки, имеющую Δ3 показателя преломления, где Δ1>Δ3>Δ2. Разность между Δ3 и Δ2 больше чем 0,01. Волокно имеет отсечку 22-метрового кабеля меньше чем или равную 1260 нм, а r1/r2 больше или равно 0,25. 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам образования канала передачи оптического сигнала. Из материала, который выбирают исходя из длины волны используемого оптического излучения, изготавливают оптическую деталь, которая представляет собой волновод оптического излучения, выполненный в виде двух зеркально-симметричных дифракционных решеток и прямолинейного участка между ними. Берут кристалл, являющийся источником излучения VCSEL, и кристалл, являющийся приемником излучения PD, и приклеивают их на подложку. Наносят изолирующий слой или изолирующие слои до верхней плоскости кристаллов, известным способом формируют токопроводящие межсоединения от контактных площадок кристаллов, вскрывают изолирующие слои над излучающей и принимающей площадками соответствующих кристаллов и устанавливают оптическую деталь с рассчитанной точностью на соответствующее место. Деталь фиксируют полимерным слоем по периметру или тонким слоем фоторезиста, который наносят на контактируемые поверхности перед установкой оптической детали, и наносят изолирующие слои. Технический результат - упрощение в образовании канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля, улучшение эксплуатационных характеристик этого канала. 5 ил.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение равномерности освещения. Оптический элемент включает в себя световод, в который подается свет от одного или более светодиодов в световой головке, расположенной на одном конце световода, и отражатель, расположенный на другом конце световода, способный к отражению света, падающего на отражатель. Световод дополнительно включает в себя призматическую поверхность, содержащую множество призм, причем каждая из призм расположена под углом к осевому направлению световода для направления света, излученного от световой головки, по направлению к выходному концу световода. Источник света включает в себя оптический элемент по любому из пп.1-12, и выполнен с возможностью переоснащения светильника, использующего источник света с нитью накаливания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Волновод // 2572900
Изобретение относится к волноводу, который может быть деформирован в требуемую форму и зафиксирован в этой форме за счет полимеризации материала. Деформируемый волновод содержит гибкую подложку волновода и полимеризуемую часть, при этом полимеризуемая часть встроена в гибкую подложку волновода и полимеризуемая часть содержит мономер, который позволяет полимеризуемой части образовать жесткое ребро через деформируемый волновод после полимеризации, причем жесткое ребро предназначено для поддержки оставшейся части деформируемого волновода. Источники света, такие как светодиоды и/или фотогальванические элементы, могут быть встроены в подложку волновода, чтобы волновод являлся осветительным устройством или концентратором солнечной энергии соответственно. Технический результат - создание волновода, которому можно с большей легкостью придать требуемую форму. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к светоизлучающей системе, которая содержит множество смежно расположенных светоизлучающих устройств. Каждое светоизлучающей устройство содержит пластинообразный световод, имеющий переднюю, заднюю и торцевые поверхности. Источник света расположен у пластинообразного световода в таком положении, что испускаемый свет входит в световод и распространяется в главном направлении, которое параллельно передней поверхности. Участок световода содержит трехмерную поверхностную структуру, обеспечивающую управляемый выход света через переднюю, заднюю и одну из торцевых поверхностей. Управляемый световой выход управляется относительно характеристик выходящего света. Технический результат - повышение равномерности освещения за счет уменьшения контрастных эффектов в виде темных линий между пограничными поверхностями световодов. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к коллиматору света и к осветительному прибору. Коллиматор (1) содержит диффузный отражающий слой и удлиненный световой волновод (100) длиной (wl), шириной (ww) и высотой (wh) волновода. Отношение размеров длины волновода к его ширине (ww) составляет wl/ww>1. Волновод содержит множество удлиненных полостей (110) длиной (cl), шириной (cw) и высотой (ch). Отношение размеров длины (cl) полости к ее ширине (cw) составляет cl/cw>1. Продольные оси (111) множества полостей (110) перпендикулярны к продольной оси (101) волновода. Изобретение также обеспечивает осветительный прибор (2) с использованием такого коллиматора (1). Технический результат - повышение равномерности выводимого света. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области осветительных устройств, основанных на использовании волоконной оптики, и может использоваться в осветительных устройствах в светотехнике, в медицине для фототерапии и косметологии. Способ изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента (ВОЭ) заключается в раздельной вытяжке стержней одинакового или взаимосогласующегося различного сечения 0,4-6,0 мм из штабиков круглого или многоугольного сечения, изготовленных из силикатных стекол с высоким и низким показателем преломления. Набирают пакет со случайным распределением стержней из стекол с высоким и низким показателем преломления в поперечном сечении. Соотношение высокопреломляющих и низкопреломляющих стержней в пакете от 1:10 до 10:1, причем размер поперечного сечения единичных волокон в ВОЭ составляет от 40 нм до 1000 нм. Пакет перетягивают в многожильные световоды (МЖС) с размером сечения от 50 мкм до 6 мм, из которых в дальнейшем изготавливают сверхмногожильные (СМЖС) и сверхсверхмногожильные (ССМЖС) световоды. Технический результат - упрощение процесса изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента, снижение трудоемкости и повышение экономичности процесса изготовления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к устройствам освещения дневным светом. Техническим результатом является повышение эффективности компенсации потерь от поглощения дневного света. Коллектор (3) дневного света собирает дневной свет (4), который проводится световодом (5) к месту, подлежащему освещению, вдоль оптического пути, при этом дневной свет поглощается световодом. Фотолюминесцентный материал (71, 72) расположен в пределах оптического пути и излучает фотолюминесцентный свет, который компенсирует поглощение дневного света световодом. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области устройств для сращивания оптического кабеля. Заявленная коробка (1) для сращивания оптического кабеля, содержащая вспомогательное устройство для заполнения зазоров и обеспечения водонепроницаемости, включает в себя по меньшей мере одну торцевую поверхность (2) для прохода кабеля, по меньшей мере одно вспомогательное устройство для заполнения зазоров и обеспечения водонепроницаемости и по меньшей мере одну эластичную усадочную трубку (4). Торцевая поверхность (2) оснащена первой полой цилиндрической трубкой (3), при этом оптический кабель, гидроизоляция которого обеспечивается эластичной усадочной трубкой (4), проходит сквозь полую цилиндрическую трубку (3) в виде сдвоенного кабеля (5), после того как его согнут «лицом к лицу», при этом в коробке может быть выполнено промежуточное ответвление и промежуточное разделение кабеля без его отключения. Вспомогательное устройство взаимодействует с оптическим кабелем в полой цилиндрической трубке (3), при этом первую водонепроницаемую конструкцию получают там, где вспомогательное устройство охвачено эластичной усадочной трубкой (4). По меньшей мере, наружная часть первой полой цилиндрической трубки (3) и, по меньшей мере, часть вспомогательного устройства также охвачены эластичной усадочной трубкой (4) с получением второй водонепроницаемой конструкции. Техническим результатом является обеспечение улучшенной водонепроницаемости и уменьшение стоимости. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к волоконной оптике. Фотонно-кристаллическое халькогенидное волокно состоит из центрального волноведущего стержня из халькогенидного стекла, микроструктурной волноведущей оболочки из чередующихся слоев халькогенидного стекла и воздушных зазоров и второй защитной микроструктурной оболочки из многокомпонентного стекла. Способ его изготовления включает предварительную вытяжку стержней. Далее формируют халькогенидную вставку путем укладки стержней из халькогенидного стекла с соответствующими воздушными зазорами, а затем укладывают внешние поддерживающие тонкостенные капилляры из многокомпонентного стекла в толстостенную трубку из многокомпонентного стекла. Технический результат - обеспечение высокой нелинейности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх