RU1812541C - Оптическое волокно, обеспечивающее поворот плоскости пол ризации, и способ его изготовлени - Google Patents

Abstract

Использование: как передающее средство дл  волоконно-оптических систем передачи информации. Сущность изобретени : оптическое волокно содержит сердцевину круглой формы, оболочку. В результате ориентации внутренней структуры материала (молекул и микрокристаллов) вращающимс  электрическим полем сердечник обладает анизотропией оптических свойств. Цель изобретени  - уменьшение технологических трудностей при изготовлении , исключение потерь и механических напр жений в волокне, вызванных деформацией поперечного сечени . 2 с. и 2 з.п,ф-лы, 5 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к технике волоконно-оптической св зи, а более конкретно к оптическим волокнам, поддерживающим пол ризацию, и способам их изготовлени . Изобретение может примен тьс  как передающее средство дл  волоконно-оптических систем передачи информации.

Целью изобретени   вл етс  оптическое волокно, обеспечивающее поворот плоскости пол ризации и не имеющее дополнительных потерь из-за нарушени  эллиптичности поперечного сечени  и дополнительных механических напр жений из-за эллиптической формы поперечного сечени  элементов волокна, и способ его изготовлени , исключающий технологические трудности кручени  волокна.

На фиг,1 изображен общий вид предложенного оптического волокна. Оно содержит сердцевину 1 круглой формы сечени  и оболочку 2. В результате ориентации внутренней структуры материала (молекул и микрокристаллов) вращающимс  электрическим полем сердечник обладает анизотропией оптических свойств. Главна  оптическа  ось 3 анизотропного сердечника Г поворачиваетс  вокруг оси волокна. При одновременном движении волокна (при его выт жке) точка 4 пересечени  главной оптической оси с поверхностью волокна описывает винтовую линию 5 с шагом Up. Это приводит к повороту плоскости пол ризации распростран ющихс  по волокну оптических волн на 2   /LBp. рад/м.

Предлагаемый способ изготовлени  оптического волокна по сн етс  схемой, представленной на фиг. 2.

00

-

ю

Јь

В рабочий блок б закрепл етс  одноодна  заготовка 7 (максимальна  длина -. 1500 мм, диаметр - до 30 мм). Другой конец заготовки загружаетс  в печь 8 с нагревательным элементом 9. Центрирование заготовки относительно нагревательного элемента и ее подача автоматические. Нагревательный элемент трубчатый, графитовый или циркониевый. Дл  создани  незначитель- ной зоны с высокой температурой нагрева- тельный элемент имеет местное утоньшение стенки. Дл  защиты места расплава 10 от растворени  (попадани ) примесей в печь под небольшим давлением подаетс  аргон 11. Полученное волокно сквозь диафрагму 12 в корпусе печи попадает в фильеру 13, нанос щую полимерное защитное покрытие 14. Далее покрытое волокно наматываетс  на приемный барабан 15.

В предлагаемом изобретении вращающеес  электрическое поле создаетс  системой m пар неподвижных электродов. При этом m Ј2. На каждую пару подаетс  одинаковое по частоте и амплитуде переменное напр жение, но сдвинутое по фазе на л /т рад относительно напр жени  соседних пар. Электроды расположены на одинаковом рассто нии от оси волокна, параллельно волокну и равномерно. Напр жение относительно нагревательного элемента, подаваемое л /т от начала отсчета электрод по направлению вращени  пол , сдвинуто по фазе на (n-1) п/m рад относительно напр жени , подаваемого на первый электрод , и равно по амплитуде. Поэтому система m источников переменного напр жени  рассматриваетс  как источник 2т-фазного переменного напр жени ,

Один из вариантов конструкции и расположени  электродов приведен на фиг. 2- 5. Четыре электрода 16 изготовлены из того же материала, что и нагреватель, - графита или циркони , представл ют собой четыре части продольно разрезанного цилиндра, в верхней части которого предварительно высверлено на конус отверстие так, чтобы его внутренние образующие были параллельны образующим оплавл емой в печи заготовки. Изолированные друг от друга электроды, конструктивно собранные в цангу, ввод тс  в печь через диафрагму 12 и развод тс  к стенке нагревател . После прогрева заготовки обычной операцией -затравкой выт гиваетс  расплав из печи, отлаживаетс  скорость выт жки волокна. Одновременно с этим электроды подвод тс  к луковице, и к ним подключаетс  напр жение. Величина напр жени  ограничиваетс  сверху пробивным напр жением аргона Ua 1,3UB, где: UB - пробивное напр жение воздуха, равное 32 кВ/см. Конкретные размеры электродов 16 по длине определ ютс  прот женностью

температурной зоны в рабочем пространстве печи 8, напр женностью пол  и временем релаксации молекул.

В процессе выт жки волокна стекло в луковице 10 находитс  в пластическом состо нии . С ростом температуры в зкость уменьшаетс . При этом с одной стороны повышаетс  восприимчивость стекла к упор - дочивающему эффекту за счет приложенного пол  18, а с другой стороны

увеличиваетс  проводимость стекла, снижающа  этот упор дочивающий эффект. Установлено , что с ростом температуры разупор дочивающий эффект за счет повышени  проводимости стекла про вл етс  в

меньшей степени, чем упор дочивающий эффект пол  при снижении в зкости. Таким образом, верхние концы электродов 16 должны примерно достигать зоны максимальной температуры, наход щейс  примерно в

середине зоны утоньшени  стенок нагревател  9. Длина нагревател  равна 90 мм. Поперечные размеры электродов определ ютс  механической прочностью с одной стороны и ограничиваютс  внутренним диаметром нагревател , равного 20 мм, и пробивным напр жением аргона в зазоре между электродами с. другой стороны. Частота четырехфазного переменного напр жени  f зависит от требуемой величины

поворота плоскости пол ризации 2   /LBp и скорости выт гивани  и определ етс  в виде: f УизгДер, где УИЗГ - скорость изготовлени  волокна.

Так, при 2  /1вр 314 рад/м и УИЗГ

10-300 м/мин, f 8,3-250 гц, электроды 16 на тепловой режим; вблизи заготовки и волокна вли ни  не оказывают, т.к. размеры их по сравнению с нагревательным элементом незначительные и они имеют ту же температуру , что и окружающа  их среда. Поэтому параметры режима и остальные характеристики выт жки остаютс  теми же и определ ютс  независимо от предлагаемого изобретени . Приемы и операции, осуществл емые при подготовке и в процессе выт жки, а также примен емые при этом приспособлени  и вещества определ ютс  типом конкретной установки и не завис т от предлагаемого изобретени .

Стеклообразные материалы при застывании из жидкого состо ни  обладают свойствомобразовывать центры кристаллизации, однако рост кристаллов у них ограничиваетс  размерами пор дка

0,01 мм, Эти микрокристаллы анизотропны, но их ориентаци  произвольна, в результате заготовка получаетс  оптически изотропной . Аналогична  картина получаетс  при выт жке оптического волокна. Однако если застывание разм гченного волокна происходит в электрическом поле, то молекулы и образовавшиес  микрокристаллы ориентируютс  вдоль силовых линий электрического пол . После застывани  они сохран ют это положение даже после сн ти  электрического пол . В результате этого структура материала оптического волокна оказываетс  анизотропной и закрученной вдоль волокна; т.к. поле медленно с движением волокна при выт жке поворачиваетс  вокруг оси волокна.

При температуре выработки оптическото волокна в зкость стекла пор дка 103 Па.с. При понижении температуры в зкость стекла и, соответственно, врем  структурной релаксации значительно возрастают.И предложенном способе изготовлени  Оптй- ческое волокно должно подвергатьс  $03 действию электрического пол  в диап&йэне температуры: - Те - температура разм гчени , п которой в зкость материала пор дка К) Па.с и врем  структурной релаксации по1 р дка КГ6 с 5. Под воздействием электрического пол  внутренн   структура волокна полностью ориентируетс  при любой скорости выт жки;

- Тд - температура стекловани , при которой в зкость материала Ю12 Пз.с и вре- м  структурной релаксакции пор дка to2...10 с 5. После прекращени  действи  электрического пол  ориентаци  внутренней структуры материала волокна уже не успевает изменитьс .

Дл  чистого кварца Те - 1750°С, Тд - 1495°С 5. Далее при максимальной скорости аыт жки длина участка волокна в диапазоне температур Те-Т0 пор дка 5 мм. Поэтому параметры процесса выт жки во-

5 0 5

0 5

5 0

5

0

локна на показатели предлагаемого способа изготовлени  не оказывают вли ни .

Использование предлагаемого оптического волокна, обеспечивающего поворот плоскости пол ризации, и способа его изготовлени  существенно упростит процесс изготовлени  заготовки дл  волокна такого типа, уменьшит технологические трудности при изготовлении и позволит получить волокно с лучшими характеристиками по сравнению с волокном-прототипом.

Claims (4)

1. Оптическое волокно, обеспечивающее поворот плоскости пол ризации, содержащее сердцевину и оболочку, при этом анизотропные оптические свойства сердцевины измен ютс  по длине волокна по спирали , отличающеес  тем, что сердцевина имеет круглое поперечное сечение , а внутренн   микроструктура сердечника ориентирована и ее ориентаци  измен етс  по длине волокна по спирали.

2. Волокно по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с   тем, чтб, с целью обеспечени  фокусирующих свойств волокна, показатель преломлени  материала сердечника имеет радиальный градиент.

Р 3. Способ изготовлени  оптического волокна , обеспечивающего поворот плоскости пол ризации, путём выт жки оптического волокна из заготовки и придани  ему в процессе выт жки измен ющихс  по длине волокна по спирали анизотропных оптических свойств, отличающийс  тем, что в процессе выт жки волокно пропускают через ориентированное электромагнитное поле , ориентаци  которого в процессе выт жки вращаетс  вокруг направлени  выт жки .

4. Способ по п. 3, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью придани  волокну фокусирующих свойств, электромагнитное поле имеет радиальный по отношению к направлению выт жки градиент.