Радиационно-стойкий одномодовый световод с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов и других интерферометрических датчиков физических величин с использованием одномодовых световодов. Радиационно-стойкий одномодовый волоконный световод с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа содержит световедущую жилу и отражающую оболочку, состоящие из легированного кварцевого стекла, внешнюю защитную оболочку, состоящую из чистого кварцевого стекла, две нагружающие зоны с пониженным по отношению к кварцевому стеклу защитной оболочки показателем преломления и защитно-упрочняющее покрытие. При этом отражающую оболочку световода формируют из кварцевого стекла с пониженным показателем преломления относительно показателя преломления кварцевого стекла защитной оболочки, равного показателю преломления нагружающих зон с точностью ±2×10-3, при этом обеспечивают 1,3≤τ/ρ≤4,6, где τ - радиус отражающей оболочки, а ρ - радиус световедущей жилы. Технический результат - повышение точности волоконно-оптического гироскопа. 6 ил., 8 табл.

 

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах и других датчиках физических величин, а также в волоконных линиях связи и мощных волоконных технологических лазерах.

Известна конструкция одномодового волоконного световода [1] с большим линейным двулучепреломлением типа "Панда", которая используется при изготовлении волоконно-оптических гироскопов. Световод содержит световедущую жилу, отражающую оболочку и внешнюю защитную оболочку, состоящую из нелегированного кварцевого стекла. Отражающая оболочка состоит из легированного кварцевого стекла и имеет показатель преломления равный показателю преломления чистого кварцевого стекла, из которого состоит внешняя защитная оболочка. Для формирования отражающей оболочки обычно используется кварцевое стекло, легированное окисью фосфора и окисью фтора, которые понижают температуру плавления кварцевого стекла, но при их определенном соотношении обеспечивается показатель преломления легированного кварцевого стекла отражающей оболочки равный показателю преломления чистого кварцевого стекла внешней защитной оболочки. Световедущая жила изготавливается из кварцевого стекла, легированного окисью германия (германатное волокно) или из кварцевого стекла, легированного окисью фосфора (фосфатное волокно). Добавка окиси германия или фосфора повышает показатель преломления кварцевого стекла и понижает температуру его плавления. Температура плавления материала световедущей жилы и температура плавления материала отражающей оболочки обеспечиваются практически одинаковыми. Светотовод содержит также два нагружающих стержня круговой формы, которые располагаются симметрично по обе стороны от световедущей жилы и состоят из легированного кварцевого стекла с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициенты теплового расширения материалов световедущей жилы, отражающей оболочки и внешней защитной оболочки. Вместо нагружающих стержней круговой формы могут также использоваться нагружающие зоны эллиптической формы [2] или с любой другой конфигурацией, например, в виде галстука-бабочки [3], которая создает в световедущей жиле регулярные механические напряжения в одном из двух перпендикулярных направлений в поперечном сечении световода. При регулярных механических напряжениях в световедущей жиле световода, которые наводятся нагружающими зонами, в ней возникает двулучепреломление [1], за счет которого световод приобретает способность сохранять состояние линейной поляризации канализируемого оптического излучения при возбуждении ее по одной из осей двулучепреломления. Обычно нагружающие зоны формируют из кварцевого стекла, легированного окисью бора, которая значительно увеличивает коэффициент теплового расширения кварцевого стекла, а также понижает его показатель преломления. Световод содержит также защитно-упрочняющее покрытие, состоящее, как правило, из полимерного материала типа уретан-акрилата. Легирование кварцевого стекла окисью германия или окисью фосфора приводит к тому, что в световоде возрастает коэффициент затухания оптического излучения при его распространении в световедущей жиле при воздействии на него радиационного облучения. Это приводит к потере работоспособности волоконно-оптического гироскопа при его работе, например, в открытом космосе. Коэффициент затухания в световоде при воздействии радиации возрастает при увеличении легирования световедущей жилы окисью германия или фосфора. Содержание фосфора в световедущей жиле при воздействии радиационного облучения приводит к более сильному затуханию излучения по сравнению с легированием световедущей жилы окисью германия. Поэтому фосфатные волокна не могут рассматриваться в качестве радиационно-стойких световодов. Для повышения радиационной стойкости необходимо стремиться к уменьшению доли германия в световедущей жиле. Для использования световодов типа «Панда» в волоконно-оптических гироскопах необходимо обеспечить размер пятна основной моды световода (MFD) на уровне 6-8 мкм для того, чтобы максимально уменьшить потери оптического излучения при стыковке световодов с канальными волноводами фазовых модуляторов интегрально-оптических схем, входящих в состав кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа. Для обеспечения малого размера MFD основной моды световода необходимо достаточно большое содержание германия в световедущей жиле, что в свою очередь приводит к значительной потере его радиационной стойкости. Для повышения радиационной стойкости германатных волокон необходимо стремиться к снижению содержания германия в световедущей жиле. Прирост потерь в германатных волокнах можно определить из следующего соотношения

α=48,4×(D)0,53×(Δn)0,4 (дБ/км),

где D - доза жесткого радиационного облучения в кГр., Δn - разность показателей преломления материалов световедущей жилы и отражающей оболочки световода. Помимо возрастания потерь при радиационном облучении в германатном световоде, сохраняющем поляризацию излучения, возникают дополнительные потери из-за нагружающих зон, создающих в световедущей жиле двулучепреломление. Дело в том, что в световоде у которого показатель преломления материала отражающей оболочки равен показателю преломления внешней защитной кварцевой оболочки излучение концентрируется не полностью в световедущей жиле и канализируемое излучение частично выходит за пределы световедущей жилы и распостраняется вне ее. Иными словами, размер диаметра основной моды световода превышает диаметр световедущей жилы. Диаметр световедущей жилы 2ρ и диаметр пятна основной моды (MFD) по уровню 1/е2 можно определить из следующих соотношений

2ρ=Vсλ/π(2,92×Δn)1/2

MFD=2ρ×[0,65+1,619 Vc-3/2],

где Vc - нормализованная частота германатного световода;

λ - рабочая длина волны излучения источника

Для обеспечения необходимой точности волоконно-оптического гироскопа в световоде его чувствительной катушки должна осуществляться эффективная фильтрация высших мод, в противном случае интерференция высших мод значительно снижает стабильность разности фаз в кольцевом интерферометре гироскопа, а это в свою очередь значительно снижает его точность. Для эффективной фильтрации высших мод нормализованная частота должна удовлетворять соотношению Vc≤2,6, исходя из этого диаметр пятна основной рабочей моды MFD всегда больше диаметра световедущей жилы германатного световода и поэтому часть канализируемого оптического излучения распространяется в отражающей оболочке и нагружающих зонах.

Для получения максимальной величины двулучепреломления в световедущей жиле, которая обеспечивает малый коэффициент межмодовой поляризационной связи (малый h - параметр), необходимо располагать нагружающие зоны как можно ближе к световедущей жиле. Расстояние нагружающих зон до световедущей жилы составляет обычно порядка одного диаметра световедущей жилы и поэтому излучение частично распространяется по нагружающим зонам. Это приводит к возрастанию потерь оптического излучения в световодах с большим двулучепреломлением из-за дополнительных потерь при распространении части излучения по нагружающим зонам. При воздействии на световод радиационного облучения неизбежно возникают дополнительные потери излучения, так как кварцевое стекло, легированное окисью бора имеет большие потери излучения при воздействии на него радиации.

Для повышения радиационной стойкости световода при формировании его световедущей жилы в качестве легирующей добавки используется окись азота, которая как и окись германия повышает показатель преломления кварцевого стекла [4]. Дополнительные потери оптического излучения в азотных световодах можно определить из следующего соотношения

α=[0,44+11.25 Δn]×(D)0,53 (дБ/км).

Как можно видеть из приведенного соотношения для прироста потерь оптического излучения его величина значительно меньше, чем в германатных световодах и зависит от концентрации азота в световедущей жиле (концентрация азота определяет величину Δn). Для прироста потерь в световодах с беспримесной световедущей жилой, то есть со световедущей жилой, состоящей из чистого кварцевого стекла справедливо следующее соотношение

α=0,44×(D)0,53 (дБ/км).

Как видно из приведенного соотношения, прирост потерь в световоде с кварцевой световедущей жилой все-таки несколько меньше, чем в световодах с азотной световедущей жилой. Таким образом, имеется некоторая зависимость прироста потерь излучения при воздействии радиационного облучения на световоды с азотнотной световедущей жилой от концентрации азота в ней.

Но использование окиси азота в качестве легирующей добавки в световоде приводит также и к повышенным потерям излучения при распространении в световедущей жиле на длине волны излучения 1505 нм. В высокоточных волоконно-оптических гироскопах, как правило, используются эрбиевые волоконные суперлюминесцентные источники, излучающие широкополосное излучение с центральной длиной волны излучения в районе 1540 нм. Таким образом, повышенные потери оптического излучения в азотных волокнах на длине волны излучения 1505 нм. приводят как к искажению спектра излучения источника, так и к ослаблению полезного сигнала волоконно-оптического гироскопа. Искажение спектра излучения приводит к нестабильности масштабного коэффициента гироскопа, а ослабление амплитуды полезного сигнала к возрастанию шумов и к нестабильности его нулевого сигнала. Для устранения искажений спектра излучения источника излучения волоконно-оптического гироскопа и уменьшения потерь оптического излучения необходимо стремиться к снижению содержания азота в световедущей жиле световода. В азотных световодах с большим линейным двулучепреломлением возникают также дополнительные потери из-за частичного распространения излучения по нагружающим зонам, создающих механические напряжения в световедущей жиле световода.

Целью настоящего изобретения является повышение точности волоконно-оптического гироскопа в условиях воздействии радиационного облучения.

Указанная цель достигается тем, что отражающую оболочку световода формируют из кварцевого стекла с пониженным показателем преломления относительно показателя преломления кварцевого стекла защитной оболочки, равного показателю преломления нагружающих зон с точностью ±2×10-3, при этом обеспечивают 1,3≤τ/ρ≤4,6, где τ - радиус отражающей оболочки, а ρ - радиус световедущей жилы.

Повышение точности волоконно-оптического гироскопа достигается за счет повышения радиационной стойкости световода его чувствительной катушки. Повышение радиационной стойкости световодов достигается за счет снижения концентрации легирующих добавок в кварцевое стекло при формировании его световедущей жилы, а также за счет более «плотной упаковки» оптического излучения в световедущей жиле (диаметр пятна основной моды излучения MFD меньше диаметра световедущей жилы). Уменьшение концентрации легирующих добавок в световедущую жилу и более «плотная упаковка» излучения в световедущей жиле достигается за счет изменения показателя преломления материала отражающей оболочки.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 показан одномодовый волоконный световод со скомпенсированным профилем показателя преломления. На Фиг. 2 приведены графики роста потерь оптического излучения при воздействии радиационного облучения в световодах с различными легирующими добавками. На Фиг. 3 показаны конструкции поперечного сечения одномодовых световодов с большим линейным двулучепреломлением. На Фиг. 4 показана конструкция поперечного сечения радиационно-стойкого одномодового световода с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа. На Фиг. 5 показано распределение показателя преломления в поперечном сечении световода типа «Панда» по линии, соединяющей геометрические центры нагружающих стержней. На Фиг. 6 приведены спектральные потери излучения в световоде с азотной световедущей жилой в отрезках световода длиной 1 м (график 1) и 1000 м (график 2), вертикальная линия 3 соответствует рабочей центральной длине волны излучения источника гироскопа 1540 нм.

Для изготовления одномодового световода для волоконно-оптического гироскопа, как правило, используется исходный световод 1 с компенсированным профилем распределения показателя преломления, показанный на ФИГ. 1. Световод содержит световедущую жилу 2, отражающую оболочку 3, внешнюю защитную оболочку, состоящую из чистого кварцевого стекла 4 и полимерное защитно-упрочняющее покрытие 5. Световод имеет диаметр световедущей жилы 2ρ, диаметр отражающей оболочки 2τ, диаметр световода и защитно-упрочняющего покрытия dсв и Dзуп соответственно. В поперечном сечении световод имеет профиль распределения показателя преломления 6. Световод называется с компенсированным профилем распределения показателя преломления из-за того, что показатели преломления отражающей оболочки и внешней защитной кварцевой оболочки одинаковы. Внешняя защитная оболочка состоит из чистого кварцевого стекла. Для повышения показателя преломления световедущей жилы используется либо окись германия, либо окись фосфора. Содержание фосфора и германия в световедущей жиле повышает показатель преломления кварцевого стекла, увеличивает его коэффициент температурного расширения, а также снижает температуру его плавления. В связи с этим, в случае формирования отражающей оболочки из чистого кварцевого стекла на границе отражающей оболочки со световедущей жилой неизбежно возникают механические напряжения, которые приводят к возрастанию коэффициента затухания оптического излучения при распространении излучения, а также к хаотически изменяющемуся по длине линейному двулучепреломлению из-за искажений формы световедущей жилы при изготовлении заготовки световода. Для устранения нежелательных потерь оптического излучения необходимо при формировании отражающей оболочки обеспечить не только одинаковый показатель преломления материала отражающей оболочки с чистым кварцевым стеклом, из которого состоит внешняя защитная оболочка, но и обеспечить одинаковый коэффициент теплового расширения с материалом световедущей жилы. Поэтому отражающая оболочка формируется из кварцевого стекла, легированного окисью фосфора и фтором. Окись фосфора повышает коэффициент преломления кварцевого стекла, добавка фтора наоборот понижает показатель преломления кварцевого стекла. В результате материал отражающей оболочки имеет одинаковый показатель преломления с кварцевым стеклом внешней защитной оболочки, а также одинаковые с материалом световедущей жилы коэффициент температурного расширения и температуру плавления. В этом случае на границе отражающей оболочки и световедущей жилы отсутствуют механические напряжения, а также искажения формы световедущей жилы. Показатель преломления защитно-упрочняющего покрытия превышает показатель преломления чистого кварцевого стекла внешней защитной оболочки световода. Это необходимо для быстрого затухания оболочечных мод световода.

На Фиг. 2 показаны графики прироста потерь оптического излучения при воздействии радиационного облучения в световодах с различными легирующими добавками в световедущей жиле [2]. На графике 7 показан рост потерь излучения в световоде со световедущей жилой, легированной окисью германия (германатные световоды). На графике 8 показан рост потерь в германатном световоде, но с дополнительной добавкой в световедущую жилу помимо окиси германия еще и окиси фосфора (фосфатные световоды). На графике 9 показан рост потерь оптического излучения со световедущей жилой окиси азота. На графике 10 показан рост оптических потерь в световодах с беспримесной световедущей жилой, то есть со световедущей жилой из чистого кварцевого стекла. На графиках справа показаны остаточный прирост потерь оптического излучения в волокнах по истечении длительного времени. Как следует из этих графиков фосфатные световоды не пригодны для использования в волоконно-оптических гироскопах при их эксплуатации в условиях открытого космоса. Они скорее могут быть использованы в качестве датчиков радиационного облучения. Германатные световоды в составе волоконно-оптических гироскопов могут быть использованы при малых дозах облучения. Азотные световоды и световоды с беспримесной световедущей жилой демонстрируют достаточно низкий прирост потерь оптического излучения при воздействии радиационного облучения и могут быть использованы в волоконно-оптических гироскопах, которые эксплуатируются в условиях интенсивного радиационного облучения.

На Фиг. 3 показаны конструкции поперечного сечения одномодовых световодов с большим линейным двулвулучепреломлением. Линейное двулучепреломление в световодах возникает за счет регулярных механических напряжений, которые создаются в световедущей жиле нагружающими зонами, которые располагаются симметрично по обе стороны от нее. Одномодовый световод типа «Панда» 11 содержит световедущую жилу 12, отражающую оболочку 13, внешнюю защитную оболочку, состоящую из чистого кварцевого стекла 14, два нагружающих стержня круговой формы 15 (нагружающие зоны) и защитно-упрочняющее покрытие 16. Защитно-упрочняющее покрытие представляет собой уретан-акрилатное полимерное покрытие, которое наносится с помощью фильер на световод в процессе его вытяжки с последующим его отверждением либо с помощью облучения ультрафиолетовым облучением либо с помощью высокой температуры, которую создает специальная термопечь. Нагружающие стержни изготавливаются из кварцевого стекла, легированного окисью бора. Боросиликатное стекло имеет пониженный показатель преломления относительно показателя преломления чистого кварцевого стекла внешней защитной оболочки световода, а также имеет большой температурный коэффициент расширения по отношению к чистому кварцевому стеклу. За счет разности температурных коэффициентов теплового расширения при вытяжке световода из заготовки в его световедущей жиле при остывании световода (температура вытяжки световода из заготовки осуществляется при ее разогреве до 2000°С) в его световедущей жиле с помощью нагружающих стержней возникают сильные механические напряжения. Световедущая жила испытывает сильное растяжение вдоль линии, соединяющей центры нагружающих стержней и за счет этих регулярных механических напряжений в световедущей жиле возникает двулучепреломление, которое приводит к возникновению в световедущей жиле ортогональных друг другу «медленной» и «быстрой» поляризационных осей распространения. При возбуждении линейной поляризации излучения, которая совпадает с одной из двух поляризационных осей, оно распространяется по всей длине световода без изменения своей поляризации по всей длине световода. Нагружающие зоны могут быть и другой конфигурации. Известна конструкция световода с большим линейным двулучепреломлением типа «галстук-бабочка» 17. Световод содержит световедущую жилу 18, отражающую оболочку 19, внешнюю защитную кварцевую оболочку 20, нагружающие зоны, напоминающие по форме «галстук-бабочку» 21 и защитно-упрочняющее покрытие 22. Известна также и конструкция световода с большим линейным двулучепреломлением 23 с нагружающими зонами, имеющими форму эллиптической оболочки. Световод содержит световедущую жилу 24, отражающую оболочку 25, внешнюю защитную кварцевую оболочку 26, нагружающую зону эллиптической формы 27 и защитно-упрочняющее покрытие 28. Как и во всех рассмотренных выше случаях, нагружающая зона эллиптической формы состоит из боросиликатного кварцевого стекла.

Для повышения радиационной стойкости германатных волокон необходимо снижать концентрацию германия в световедущей жиле, но снижение концентрации приводит к снижению показателя преломления световедущей жилы. При снижении показателя преломления световедущей жилы возрастает как радиус световедущей жилы, так и MFD. Для эффективной стыковки с канальными волноводами интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа необходимы, MFD лежащие в пределах 6,5-8,0 мкм. Для того чтобы обеспечить эти значения MFD необходимы концентрации германия в световедущей жиле, при которых показатель преломления кварцевого стекла повышается (Δn) от 0,0125 до 0,0085.

На Фиг. 4 показана конструкция поперечного сечения радиационного одномодового световода с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа 29. Световод содержит световедущую жилу 12, отражающую оболочку с пониженным относительно чистого кварцевого стекла показателем преломления 30, нагружающие зоны в виде стержней круговой формы 14, внешнюю защитную кварцевую оболочку 15 и защитно-упрочняющее покрытие 16. Одномодовые световоды с нагружающими зонами в виде стержней круговой формы известны как световоды типа «Панда». На Фиг. 4 также представлен профиль распределения показателя преломления в сечении световода по оси перпендикулярной прямой, соединяющей геометрические центры нагружающих стержней. Световедущая жила имеет показатель преломления 31 и состоит из кварцевого стекла, легированного либо окисью германия, либо окисью азота. Отражающая оболочка состоит из кварцевого стекла, легированного фтором и имеет пониженный показатель преломления 32 относительно показателя преломления чистого кварцевого стекла 33 внешней защитной оболочки световода. Разность показателей преломления между световедущей жилой и защитной оболочкой равна Δn+, а разность показателей преломления между отражающей оболочкой и защитной оболочкой равна Δn-. Показатель преломления защитно-упрочняющего покрытия 34 несколько выше показателя преломления защитной оболочки. Это необходимо для эффективной фильтрации оболочечных мод световода. Параметры излучения в световоде с отражающей оболочкой, имеющей пониженный показатель преломления по сравнению с показателем преломления материала защитной оболочки могут быть определены из следующих соотношений

MFD=2ρ[0,65+1,619/V3/2]

2ρ=Vотс×λотс/π[2,92×(Δn++Δn-)]1/2

V=Vотс×λотср

Vотс=0,996/[1,143-(Z/1+Z)1/2]

Z=Δn-/Δn+

λотс - длина волны отсечки основной моды,

λр - рабочая длина волны источника излучения.

На Фиг. 5 показано распределение показателя преломления в поперечном сечении световода типа «Панда» по линии, соединяющей геометрические центры нагружающих стержней. Нагружающие стержни изготавливаются из кварцевого стела, легированного бором, имеют пониженный относительно кварцевого стекла защитной оболочки показатель преломления 35 и находятся от световедущей жилы на расстоянии Δ. Разность показателей преломления материала отражающей оболочки и материала нагружающих стержне равна Δnст. Световод с отражающей оболочкой, имеющей пониженный показатель преломления относительного чистого кварцевого стекла защитной оболочки позволяет при уменьшении концентрации легирующих добавок (окиси германия или окиси азота) в световедущую жилу повысить радиационную стойкость одномодовых световодов с большим линейным двулучепреломлением. Пониженный показатель преломления отражающей оболочки световода позволяет также снизить потери оптического излучения при воздействии радиационного облучения за счет того, что излучение концентрируется в световедущей жиле и дополнительных потерь излучения при распространении по отражающей оболочке и нагружающим стержням, как это происходит в компенсированных по показателю преломления световодах, не возникает. При распространении излучения по кварцевому стеклу, легированному окисью фосфора и фтором (отражающая оболочка компенсированного световода) или окисью бора (нагружающие стержни) возникают дополнительные потери при радиационном облучении. Ниже в приведенных таблицах приведены результаты расчетов диаметров световедущей жилы 2ρ, MFD, длин волн отсечки основной моды, длин волн осечки первой высшей моды, затухания высшей моды для различных значений Δn+ и соотношения τ/ρ. Для получения максимального двулучепреломления в световоде необходимо располагать нагружающие зоны как можно ближе к световедущей жиле и обеспечивать максимальную величину разности коэффициентов температурного расширения материалов нагружающих стержней и материала защитной оболочки световода. Коэффициент температурного расширения боросиликатных стержней определяется концентрацией содержания окиси бора, которая может быть определена с помощью понижения показателя преломления кварцевого стекла при его легировании окисью бора. При максимально возможной степени легирования кварцевого стекла окисью бора при изготовлении нагружающих стержней для световодов «Панда» понижение показателя преломления боросиликатного стекла Δn. составляет величину 0,012. При расчетах параметров, приведенных в таблицах, учитывалось влияние на параметры излучения нагружающих стержней, а также использовалось значение Δncn=±0, 002

При расчетах значений 2ρ, MFD и соотношения τ/ρ также использовался критерий возрастания оптических потерь не более 0,1 дБ/км при диаметре намотки световода 30 мм. Из расчетов следует, что отношение диаметров отражающей оболочки к диаметру световедущей жилы находится в пределах 1,3≤τ/ρ≤2,8. При снижении требований к затуханию первой высшей моды до уровня 10 дБ/м, что вполне возможно при использовании в чувствительной катушке высокоточного гироскопа световодов длиной до нескольких километров, допустимо справедливость соотношения τ/ρ≤4,6. Но с другой стороны, при превышении этого значения профиль распределения показателя преломления становится более близок к компесированному профилю 6 (ФИГ. 1). Внешняя защитная оболочка, которая имеет показатель преломления чистого кварцевого стекла, практически не участвует в формировании параметров излучения и MFD начинает превышать диаметр световедущей жилы 2ρ и излучение частично начинает распространяться в отражающей оболочке световода и нагружающих стержнях и поэтому начинают возрастать потери излучения при радиационном облучении световода.

В радиационно-стойких световодах с азотной световедущей жилой наблюдается повышенный уровень потерь оптического излучения на длине волны излучения 1505 нм. На фиг. 6 приведена запись спектральных потерь излучения в азотном световоде со скомпенсированной по показателю преломления отражающей оболочкой с концентрацией азота, которая обеспечивает разность показателей преломления между световедущей жилой и чистым кварцевым стеклом защитной оболочки на уровне 0,011. Из графиков следует, что наблюдается рост оптических потерь излучения и на рабочей длине источника 1540 нм, который обычно используется в высокоточных гироскопах. В этом случае пик потерь оптического излучения на длине волны излучения 1505 нм приводит не только к возрастанию потерь до 3-4 дБ/км, но и к искажению спектра излучения источника, что негативно сказывается на стабильности масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа. Понижение показателя преломления отражающей оболочки при тех же значениях MFD позволяет значительно снизить потери оптического излучения в световоде за счет снижения концентрации азота в световедущей жиле.

Литература

[1] Tajima K., Sasaki Y., J. Lightwave Technol. v. LT-7, no. 4, pp. 674-679, 1989.

[2] Simpson J.R. et al., J. Lightwave Technol. vol. LT-1, pp. 370-373, 1983.

[3] Varnham M.P. Et al., Electron. Lett., v. 19, no. 17, pp. 679-680, 1983.

[4] Томашук А.Л., Голант K.M., Забежайлов M.O. «Разработка волоконных световодов для применения при повышенном уровне радиации» Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства, 2001, №4, с. 52-65.

Радиационно-стойкий одномодовый волоконный световод с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа, содержащий световедущую жилу и отражающую оболочку, состоящие из легированного кварцевого стекла, внешнюю защитную оболочку, состоящую из чистого кварцевого стекла, две нагружающие зоны с пониженным по отношению к кварцевому стеклу защитной оболочки показателем преломления и защитно-упрочняющее покрытие, отличающийся тем, что отражающую оболочку световода формируют из кварцевого стекла с пониженным показателем преломления относительно показателя преломления кварцевого стекла защитной оболочки, равного показателю преломления нагружающих зон с точностью ±2×10-3, при этом обеспечивают 1,3≤τ/ρ≤4,6, где τ - радиус отражающей оболочки, а ρ - радиус световедущей жилы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для оценки количества гидроксильных групп на внутренней поверхности стеклянных фотонно-кристаллических волноводов с полой сердцевиной (ФКВ с ПС), в том числе с селективно запаянными внешними оболочками, используемых для изготовления конструктивных элементов сенсоров, при химической модификации их внутренней поверхности.

Заявленное изобретение относится к волоконно-оптической связи, а более конкретно к оптическому волокну, оптимизированному для обеспечения как одномодовой, так и многомодовой передачи.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение для изготовления волоконных брэгговских решеток показателя преломления. Способ состоит в использовании импульсного излучения фемтосекундного лазера, которое с помощью микрообъектива фокусируется через шлифованную боковую грань прозрачной феррулы в сердцевину нефоточувствительного волоконного световода с защитным покрытием.

Изобретение относится к новым термостойким растворимым полиимидным покрытиям волоконных световодов и способу их изготовления. Полученные покрытия характеризуются удовлетворительной адгезией к волокну как в присутствии аппрета, так и без него.

Изобретение относится к оптическим волокнам. Заявленное оптическое волокно с низким затуханием, выполненное с возможностью использования в качестве оптической передающей линии в оптической сети доступа, является стеклянным оптическим волокном на основе кварца и включает в себя сердцевину, включающую в себя центральную ось, оптическую оболочку, окружающую сердцевину, и защитную оболочку, окружающую оптическую оболочку.

Изобретение относится к плазмонной интегральной оптике и может быть использовано при конструировании компонентов плазмонных устройств различного назначения. Одномодовый плазмонный волновод, выполненный в виде заполненного диэлектриком протяженного V-образного канала в пленке металла на подложке, имеет периодически меняющееся по длине волновода поперечное сечение.

Изобретение относится к оптоволоконной технике. Микроструктурированный световод содержит тонкостенные трубки, которые расположены равномерно по внутренней поверхности опорной трубы либо в соприкосновении друг с другом, либо раздельно.

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам температуры. Чувствительный элемент выполнен в виде волокна из люминесцентного стекла, которое содержит нейтральные молекулярные кластеры серебра и ионы редкоземельного металла.

Изобретение относится к волоконной оптике. Оптическое волокно включает не содержащую Ge сердцевину с центральной областью, первой кольцевой областью, легированной фтором второй кольцевой областью и оболочкой.

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 волоконным световодам и может быть использовано в широкополосных волоконно-оптических системах связи, при разработке перестраиваемых непрерывных импульсных лазеров. Волоконный световод для усиления оптического излучения в спектральной области 1500 – 1800 нм содержит сердцевину из оксидного стекла, содержащего оксиды висмута в количестве 10-4-10-2 мол.% и эрбия в количестве 10-4-10-1 мол.%, оксиды германия и кремния с концентрациями, взятые вместе или по отдельности, в количестве 90-99,9 мол.%, оксиды фосфора, бора и алюминия, взятые вместе или по отдельности, в количестве 0,1-9,9 мол.%. При этом сердцевина волоконного световода обеспечивает усиление оптического излучения в полосе шириной более 200 нм в спектральной области 1500 – 1800 нм при накачке излучением с одной длиной волны в областях 850 – 1000 нм и/или 1400 – 1500 нм, по меньшей мере одну оболочку из кварцевого стекла и защитное покрытие. Технический результат – усиление оптического излучения в спектральной области 1500-1800 нм. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к оптическому волокну, характеризующемуся эффективной формой профиля показателя преломления в сердцевине. Оптическое волокно содержит сердцевину и оболочку, окружающую внешнюю окружность сердцевины, в котором первая относительная разность показателей преломления Δ1a больше, чем 0. Вторая относительная разность показателей преломления Δ1b больше, чем 0, при этом первая относительная разность показателей преломления Δ1a больше, чем вторая относительная разность показателей преломления Δ1b. Кроме того, первая относительная разность показателей преломления Δ1a и вторая относительная разность показателей преломления Δ1b удовлетворяют соотношению: 0,20≤(Δ1a-Δ1b)/Δ1a≤0,88, а профиль показателя преломления Δ для сердцевины во всей области 0≤r≤r1 в виде функции Δ(r) расстояния r от центра сердцевины в радиальном направлении определяется выражением: Δ(r)=Δ1a-(Δ1a-Δ1b)r/r1, где r1- радиус сердцевины. Технический результат – уменьшение избыточных потерь на изгибе, возникающих во время изгиба оптического волокна. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.

Изобретение относится к области техники передачи и усиления лазерного излучения по оптическому волокну, а точнее к способу вытягивания высокоэффективного сдвоенного лазерного волокна и полученному по нему волокну. Заявленный способ включает следующие операции: в боковой поверхности заготовки волокна для оптического усиления и заготовки волокна для оптической накачки соответственно устанавливают базовую плоскость, обрабатывают базовую плоскость заготовки волокна для оптического усиления так, чтобы на ней формировались выступы и по обеим сторонам каждого выступа стояли точно обработанные плоскости; а базовую плоскость заготовки волокна для оптической накачки обрабатывают таким образом, чтобы на ней образовались углубления, совпадающие с вышеупомянутыми выступами. Далее вставляют выступы заготовки волокна для оптического усиления в углубления заготовки волокна для оптической накачки, закрепляют один сплавной биконический разветвитель этой комбинации, в результате образуется новая заготовка сдвоенного лазерного волокна. Из упомянутой комбинированной заготовки сдвоенного лазерного волокна вытягивают сдвоенное лазерное волокно. Технический результат - возможность многоточечного ввода излучения накачки по всей длине сдвоенного лазерного волокна. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл., 7 ил.

Группа изобретений относится к измерительным системам для контроля состояния композитного материала. Композитная конструкция содержит композитный материал и оптическое волокно, размещенное в этом композитном материале. Оптическое волокно содержит множество квантовых точек для усиления его нелинейных оптических свойств. Квантовые точки могут быть размещены в сердечнике, в оболочке и/или на поверхности оптического волокна. Оптическое волокно выполнено с возможностью передачи сигналов и выполнено чувствительным к дефекту в композитном материале. Квантовые точки создают нелинейный эффект, такой как эффект второго порядка, в ответ на наличие дефекта в композитном материале. На основании регистрации и анализа сигналов, имеющих нелинейный эффект, созданный квантовыми точками, может быть обнаружен дефект в композитном материале. Технический результат – возможность обнаружения дефектов в композитной конструкции. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к измерительным системам для контроля состояния композитного материала. Композитная конструкция содержит композитный материал и оптическое волокно, размещенное в этом композитном материале. Оптическое волокно содержит множество квантовых точек для усиления его нелинейных оптических свойств. Квантовые точки могут быть размещены в сердечнике, в оболочке и/или на поверхности оптического волокна. Оптическое волокно выполнено с возможностью передачи сигналов и выполнено чувствительным к дефекту в композитном материале. Квантовые точки создают нелинейный эффект, такой как эффект второго порядка, в ответ на наличие дефекта в композитном материале. На основании регистрации и анализа сигналов, имеющих нелинейный эффект, созданный квантовыми точками, может быть обнаружен дефект в композитном материале. Технический результат – возможность обнаружения дефектов в композитной конструкции. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство для передачи светового излучения большой мощности относится к квантовой электронике, в частности к технологическим лазерным устройствам. Устройство для передачи светового излучения большой мощности содержит заполненную теплоносителем камеру, ограниченную с торца прозрачным оптическим элементом, оптоволоконный жгут с полированным торцом, собранный из световодов, концевой участок которого установлен внутри камеры с помощью, по меньшей мере, двух фиксирующих элементов, один из которых обеспечивает плотную упаковку световодов на его приторцевой части, между соседними световодами имеются зазоры, образующие межволоконное пространство. Камера разделена на, по меньшей мере, две области, сообщающиеся через межволоконное пространство, первая область ограничена оптическим и фиксирующим элементами, а остальные ограничены соседними фиксирующими элементами, первая область снабжена установленным на стенке камеры штуцером для подачи теплоносителя, вторая область снабжена установленным на стенке камеры штуцером для откачки теплоносителя. При этом оптический элемент представляет собой плоскопараллельную пластину прямоугольной формы, размеры которой по высоте и ширине превосходят соответствующие размеры оптоволоконного жгута прямоугольного сечения, расположенную перпендикулярно оси оптоволоконного жгута, причем оптоволоконный жгут имеет плотную упаковку световодов на всей длине концевого участка. Технический результат - увеличение ресурса непрерывной работы устройства в условиях высокой передаваемой мощности за счет повышения эффективности охлаждения концевого участка оптоволоконного жгута и организации защиты приторцевой области жгута протоком теплоносителя. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к покрытиям волоконных световодов из растворимых ароматических полиамидов и способу их изготовления. Предложено покрытие волоконного световода из ароматического гомо- или сополиамида формулы I с молекулярной массой от 35000 до 85000: ,где х:у=0-1:1-0; Способ включает вытягивание световода из заготовки. Протягивание его через фильеру, содержащую раствор полиамида формулы I с вязкостью 2400-18000 мПа⋅с в апротонном диполярном растворителе амидного типа, и удаление растворителя при нагревании в печи. Изобретения позволяют изготавливать покрытия волоконных световодов, характеризующиеся высокой термостабильностью и удовлетворительной адгезией к волокну, которые могут быть легко удалены с помощью органических растворителей амидного типа. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 8 пр.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов и других интерферометрических датчиков физических величин с использованием одномодовых световодов. Радиационно-стойкий одномодовый волоконный световод с большим линейным двулучепреломлением для волоконно-оптического гироскопа содержит световедущую жилу и отражающую оболочку, состоящие из легированного кварцевого стекла, внешнюю защитную оболочку, состоящую из чистого кварцевого стекла, две нагружающие зоны с пониженным по отношению к кварцевому стеклу защитной оболочки показателем преломления и защитно-упрочняющее покрытие. При этом отражающую оболочку световода формируют из кварцевого стекла с пониженным показателем преломления относительно показателя преломления кварцевого стекла защитной оболочки, равного показателю преломления нагружающих зон с точностью ±2×10-3, при этом обеспечивают 1,3≤τρ≤4,6, где τ - радиус отражающей оболочки, а ρ - радиус световедущей жилы. Технический результат - повышение точности волоконно-оптического гироскопа. 6 ил., 8 табл.

Наверх