Способ изготовления фоторефрактивых световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток (ВБР). В способе изготовления фоторефрактивных световодов MCVD для повышения фоточувствительности сердцевину легируют не менее 13 и не более 20 мол. % диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, а вытягивание волокна производят при температуре нагрева заготовки 2000-2050°С. Технический результат – повышение фоторефрактивных свойств фторгерманосиликатных волоконных световодов. 3 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов (ВС) с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток (ВБР).

Одним из наиболее распространенных способов изготовления кварцевых фоторефрактивных ВС является модифицированный метод химического парофазного осаждения (MCVD) стеклообразных слоев оболочки и сердцевины на внутреннюю поверхность трубки из кварцевого стекла с последующим высокотемпературным сжатием трубки в штабик-заготовку. Фоточувствительность световодов обеспечивается повышенным содержанием в сердцевине GeO2 (более 10 мол. %) и восстановительной атмосферой внутри трубки в процессе ее сжатия.

Однако такая технология фоторефрактивных ВС имеет ряд недостатков:

- в процессе высокотемпературного сжатия заготовки в ее сердцевине образуются пузыри из-за высокого равновесного давления GeO,

- повышенное содержание GeO2 в сердцевине одномодовых ВС предопределяет ее малый диаметр, создавая проблемы при стыковке со стандартными световодами,

- слабая фоторефрактивность таких ВС создает технологические проблемы при формировании в них брегговских решеток.

Для устранения этих недостатков германосиликатных ВС в сердцевину дополнительно вводят бор, а высокотемпературное сжатие заготовки производят в окислительных условиях (Патент US №6229945, опубл. 08.05.2001, МПК: С03С 13/04, С03В 19/14, С03С 4/04).

Недостатком этого способа изготовления фоторефрактивных ВС является высокий уровень оптических потерь (более 100 дБ⎪км) на длине волны 1550 нм, соответствующей спектральной области особой прозрачности кварцевого стекла. Такое ослабление излучения обусловлено его поглощением колебаниями атомов В-О в сетке стекла.

Наиболее близкий к предлагаемому техническому решению способ изготовления ВС, принятый нами за прототип (Патент US №6993241 «Волоконно-оптические Брегговские решетки», опубл. 13.01.2006, МПК G02B 6/00, С03С 25/62, С03С 13/04), заключается в изготовлении MCVD методом заготовки ВС на основе кварцевого стекла с введением в сердцевину не менее 6 мол. % GeO2 и не менее 0,9 масс. % фтора с последующим вытягиванием волокна. Такой фоторефрактивный световод на длине волны 1550 нм обладает существенно меньшими оптическими потерями по сравнению с ВС, легированным бором.

Недостаток этого метода заключается в том, что специфика структурных преобразований фторгерманосиликатного стекла, определяющая его фоторефрактивные свойства, существенно зависит от условий вытягивания волокна. Однако параметры этого процесса не оптимизированы в части выбора состава сердцевины и температуры вытягивания ВС.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении фоторефрактивных свойств фторгерманосиликатных ВС.

Технический результат достигается путем оптимизации состава сердцевины и температуры вытягивания ВС.

Поставленная задача решается новым способом, включающем изготовление MCVD методом заготовки на основе кварцевого стекла с сердцевиной, легированной диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, в котором, в отличие от прототипа, содержание GeO2 в сердцевине не менее 13 и не более 20 мол. %, а вытягивание волокна производят при нагреве заготовки до 2000-2050°С.

При содержании GeO2 в сердцевине менее 13 мол. % увеличиваются оптические потери при изгибе волокна и снижается фоточувствительность ВС, а при содержании более 20 мол. % резко растут оптические потери на малоугловое рассеяние. Введение в стекло сердцевины фтора более 2,2 масс. % невозможно, так как требует создания давления газообразного SiF4 более 1 атм при осаждении слоев фторгерманосиликатного стекла сердцевины.

Диапазон температур нагрева заготовки при вытягивании ВС соответствует максимальному фоторефрактивному эффекту. Вытяжка волокна при температуре менее 2000°С приводит к резкому снижению прочности световодов, а превышение верхнего температурного предела существенно снижает их фоторефракцию. Для таких световодов показатель преломления сердцевины зависит от температуры вытягивания, что существенно влияет на длину отсечки высшей моды одномодовых световодов, определяя тем самым необходимость узкого диапазона температур нагрева заготовки при вытягивании волокна.

Совокупность изложенных признаков и анализ отличий от прототипа по существующему уровню техники позволяет сделать вывод о «новизне» и «изобретательском уровне» нового способа.

Для подтверждения обоснованности нового технического решения изготовлены и испытаны ВС следующим образом.

Пример 1. На основе трубки из кварцевого стекла марки F 300 методом MCVD получена заготовка для одномодового ВС в виде стержня длиной 600 мм и диаметром ≈12 мм с сердцевиной диаметром ≈0,5 мм из кварцевого стекла, содержащего 13 мол. % GeO2 и 1 масс. % фтора и окружающей сердцевину изолирующей оболочкой диаметром ≈6 мм, легированной 0,2 масс. % фтора и 1,5 мол. % Р2О5. Содержание фосфора и фтора определяли на сканирующем электронном микроскопе Quanta 200 в комплекте с рентгеновским микроанализатором EDAX. Содержание GeO2 оценивали на основании измерения радиального профиля показателя преломления (ПП) в заготовке, с учетом его уменьшения фтором, используя коэффициенты рефракции - 0.005/масс. % F и 0.0015/мол. % GeO2. Разность ПП сердцевины и оболочки составляла 0.015, при этом фтор по расчетам снижал ПП на 0.005.

Из заготовки вытягивали волокно диаметром 125 мкм при 4-х разных температурах со скоростью 60 м/мин и одновременно наносили УФ отверждаемое эпоксиакрилатное покрытие толщиной ≈45 мкм.

Запись ВБР производили УФ излучением KrF эксимерной лазерной системы (длина волны излучения ≈248 нм) Optosystems CL-7550 с использованием интерферометра Тальбота. При формировании решетки длиной 5 мм плотность энергии импульса на световод составляла 70 мДж/см2, частота следования ≈10 Гц, время экспозиции одна минута.

Результаты измерений, представленные в Таблице 1, свидетельствуют о том, что температура вытягивания одномодовых ВС существенно влияет на эффективность записи ВБР, которая оценивается количественно коэффициентом отражения в процентах на длине волны 1550 нм.

Пример 2. Заготовки световодов изготовлены в соответствии с описанием примера 1, но отличались содержанием фтора и GeO2 в сердцевине, а также и ее диаметром, определяющим одномодовый режим распространения излучения на длине волны 1550 нм. Разность ПП сердцевины и оболочки была на уровне 0,023.

Световоды вытягивали при оптимальной температуре, равной 2000°С. Результаты измерения коэффициентов отражения ВБР, свидетельствует о том, что повышение содержания фтора и германия в сердцевине ВС по сравнению с примером №1 приводит к усилению фоточувствительности стекла (Таблица 2).

Пример 3 выполнен в качестве контрольного эксперимента. Заготовки ВС изготовлены в соответствии с описанием примера 1, но отличались содержанием фтора и GeO2 в сердцевине и ее диаметром, определяющим одномодовый режим распространения излучения на длине волны 1550 нм. Световоды вытягивали при оптимальной температуре, равной 2000°С.

Результаты по измерению коэффициентов отражения ВБР, свидетельствует о том, что снижение содержания фтора и германия в сердцевине ВС по сравнению с примером 1 приводит к ослаблению фоточувствительности стекла (Таблица 3).

Изложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость способа изготовления кварцевых фоторефрактивных волоконных световодов с достижением заявленного технического результата.

Способ изготовления фоторефрактивных световодов, включающий изготовление MCVD методом заготовки на основе кварцевого стекла с сердцевиной, легированной диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, и последующее вытягивание волоконных световодов, отличающийся тем, что легирование сердцевины диоксидом германия осуществляют в количестве от 13 до 20 мол. %, а вытягивание волоконных световодов производят при температуре нагрева заготовки 2000-2050°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим волокнам. Оптическое волокно содержит сердцевину, при этом упомянутая сердцевина имеет внешний радиус r1, оболочку, окружающую упомянутую сердцевину, причем упомянутая оболочка имеет внешний радиус r4; первичное покрытие, окружающее упомянутую оболочку, причем упомянутое первичное покрытие имеет внешний радиус r5, упомянутое первичное покрытие имеет модуль упругости in situ не выше 0,50 МПа; и вторичное покрытие, окружающее упомянутое первичное покрытие, причем упомянутое вторичное покрытие имеет внешний радиус r6.

Изобретение относится к оптическим волокнам. Оптическое волокно содержит сердцевину, при этом упомянутая сердцевина имеет внешний радиус r1, оболочку, окружающую упомянутую сердцевину, причем упомянутая оболочка имеет внешний радиус r4; первичное покрытие, окружающее упомянутую оболочку, причем упомянутое первичное покрытие имеет внешний радиус r5, упомянутое первичное покрытие имеет модуль упругости in situ не выше 0,50 МПа; и вторичное покрытие, окружающее упомянутое первичное покрытие, причем упомянутое вторичное покрытие имеет внешний радиус r6.

Группа изобретений относится к области полимерного оптического волокна, в частности к получению полимерного оптического волокна фоконного типа торцевого и бокового свечения, в котором с одного или с обоих концов полимерного оптического волокна, определенной длины с постоянным диаметром, располагают фоконы, составляющие единое целое с оптическим волокном, и установке для его получения.

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.

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.

Группа изобретений относится к измерительным системам для контроля состояния композитного материала. Композитная конструкция содержит композитный материал и оптическое волокно, размещенное в этом композитном материале.

Группа изобретений относится к измерительным системам для контроля состояния композитного материала. Композитная конструкция содержит композитный материал и оптическое волокно, размещенное в этом композитном материале.

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.

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.

Изобретение относится к волоконным световодам и может быть использовано в широкополосных волоконно-оптических системах связи, при разработке перестраиваемых непрерывных импульсных лазеров.

Изобретение относится к средствам выполнения поиска и обработки информации. Технический результат заключается в повышении скорости распределенных операций счета и суммирования чисел в компьютерных кластерах.

Изобретение относится к оптическим волокнам. Оптическое волокно содержит сердцевину, при этом упомянутая сердцевина имеет внешний радиус r1, оболочку, окружающую упомянутую сердцевину, причем упомянутая оболочка имеет внешний радиус r4; первичное покрытие, окружающее упомянутую оболочку, причем упомянутое первичное покрытие имеет внешний радиус r5, упомянутое первичное покрытие имеет модуль упругости in situ не выше 0,50 МПа; и вторичное покрытие, окружающее упомянутое первичное покрытие, причем упомянутое вторичное покрытие имеет внешний радиус r6.

Настоящее изобретение относится к фторполимерной покровной композиции и к изделию, имеющему поверхность с низким коэффициентом трения. Указанная фторполимерная композиция содержит диспергированные в воде частицы фторированного гомополимера, диспергированные в воде частицы фторированного сополимера, диспергированные в воде частицы нефторированного полимера и по меньшей мере одно азиридиновое соединение, содержащее по меньшей мере две азиридиновые группы.

Изобретение относится к светоизлучающему прибору, содержащему источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы света с первым спектральным распределением, и световод, выполненный с возможностью преобразования света с первым спектральным распределением в свет со вторым спектральным распределением.

Группа изобретений относится к осветительному остеклению, являющемуся частью крыши транспортного средства. Остекление содержит стеклянный или пластмассовый прозрачный лист (1) с первой основной стороной (11), второй основной стороной (12) и ребром (13), плоский волновод (3) с первой основной стороной (31), второй основной стороной (32), инжекционным ребром (33) и скошенной гранью (34), противолежащей инжекционному ребру, световой источник (2), расположенный напротив инжекционного ребра (33) плоского волновода (3) и обладающий достаточной мощностью для подачи в него светового потока, по меньшей мере, в 35 люмен (лм).
Изобретение относится к способу получения особо чистых халькогенидных стекол системы германий-селен. Способ включает загрузку компонентов шихты в вакуумированный кварцевый реактор, синтез стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление и закалку.

Изобретение относится к слоистому остеклению. Многослойное освещающее остекление содержит: (а) первый лист (1) с первой основной стороной (11), второй основной стороной (12) и кромкой (13), (b) второй лист (2) с первой основной стороной (21), второй основной стороной (22) и кромкой (23), (с) промежуточный прозрачный ламинирующий слой (3), адгезивно контактирующий со второй основной стороной (12) первого листа (1) и с первой основной стороной (21) второго листа (2), (d) по меньшей мере полосу светодиодов (LED), содержащую плату с печатными проводниками (РСВ) (41) и множество светодиодов (42), расположенных так, что излучающие поверхности светодиодов находятся напротив кромки (13) первого листа (1), (е) один или несколько рассеивающих элементов, расположенных на одной из основных сторон первого листа или в толще первого листа.

Изобретение относится к установке для вытяжения оптоволокна. Техническим результатом является уменьшение количества брака.

Изобретение относится к системе распределения оптоволоконных кабелей. Оптоволоконный распределительный элемент, содержит: шасси, определяющее внутреннюю часть; подвижный лоток, выполненный с возможностью скользящего перемещения изнутри шасси в положение, при котором он находится, частично снаружи шасси; механизм скольжения, включающий в себя ограничитель радиуса, перемещающегося синхронизировано относительно шасси и лотка, и соединяющий подвижный лоток с шасси, причем каждый лоток включает в себя шарнирно установленные каркасные элементы, поворачивающиеся вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения подвижного лотка, и каждый каркасный элемент образует множество переходников для приема разъемов, причем указанное множество переходников определяет линию, параллельную направлению перемещения подвижного лотка, также каркасный элемент включает в себя область доступа, прилегающую к каждому порту переходника для доступа к разъему сверху и снизу каждого каркасного элемента; кабели, входящие или выходящие из подвижного лотка, следуют по S-образному проходу так, что проходят от наружной стороны подвижного лотка к подвижному ограничителю радиуса в первом направлении, обвиваются вокруг ограничителя радиуса во втором направлении и направляются обратно в лоток к множеству переходников в третьем направлении.

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к способам обработки стекла, что позволит при применении таких стёкол улучшить качество датчиков волнового фронта и получить объемное изображение в трехмерных стереоскопических системах.

Изобретение относится к печам, предназначенным для получения неметаллических минеральных расплавов. Техническим результатом является повышение производительности печи.

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток. В способе изготовления фоторефрактивных световодов MCVD для повышения фоточувствительности сердцевину легируют не менее 13 и не более 20 мол. диоксидом германия и 1-2,2 масс. фтора, а вытягивание волокна производят при температуре нагрева заготовки 2000-2050°С. Технический результат – повышение фоторефрактивных свойств фторгерманосиликатных волоконных световодов. 3 табл., 3 пр.

Наверх