RU2314556C2 - Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment - Google Patents
Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314556C2 RU2314556C2 RU2005109629/28A RU2005109629A RU2314556C2 RU 2314556 C2 RU2314556 C2 RU 2314556C2 RU 2005109629/28 A RU2005109629/28 A RU 2005109629/28A RU 2005109629 A RU2005109629 A RU 2005109629A RU 2314556 C2 RU2314556 C2 RU 2314556C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusion
- light guide
- fiber
- light
- molecules
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии создания волоконных световодов и может быть использовано в областях, где условия работы требуют защиты световода от диффузии примесей извне. Например, чтобы повысить надежность и увеличить время жизни приборов на основе волоконных световодов, измеряющих температуру, давление и другие физические величины.The invention relates to a technology for creating fiber optical fibers and can be used in areas where operating conditions require protection of the optical fiber from diffusion of impurities from the outside. For example, to increase reliability and increase the life time of devices based on fiber optical fibers that measure temperature, pressure, and other physical quantities.
Известно, что волоконные световоды, работающие в окружающей среде с тяжелыми условиями, используемые для распределенных температурных датчиков в скважинах, иногда неприемлемо быстро теряют работоспособность из-за большого роста оптических потерь (затухание сигнала).It is known that fiber optic fibers operating in harsh environments, used for distributed temperature sensors in wells, sometimes unacceptably quickly lose their performance due to the large increase in optical loss (signal attenuation).
Этот эффект связан с влиянием водорода, диффундирующего при высоких температурах и давлении в световод и взаимодействующего с материалом световедущей сердцевины. Существует большое количество исследований, посвященных причинам, механизмам и возможным решениям этой проблемы, поскольку какое-либо использование световодов после воздействия водорода становится невозможным.This effect is associated with the influence of hydrogen diffusing at high temperatures and pressure into the fiber and interacting with the material of the light guide core. There is a large number of studies devoted to the causes, mechanisms, and possible solutions to this problem, since any use of optical fibers after exposure to hydrogen becomes impossible.
Необходимость защищать световод от диффузии водорода и, тем самым, сохранять его физические характеристики является проблемой, требующей решения.The need to protect the fiber from the diffusion of hydrogen and, thus, to maintain its physical characteristics is a problem that needs to be addressed.
Однако решение этой проблемы путем нанесения различных «герметичных» покрытий дает только временный эффект. Они лишь несколько замедляют деградацию световода.However, the solution to this problem by applying various "sealed" coatings gives only a temporary effect. They only slightly slow down the degradation of the fiber.
Известно волокно на основе фотонного кристалла, выбранное в качестве прототипа (Патент RU № 2226705). Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано в оптических усилителях, лазерах, спектральных фильтрах, газовых датчиках и телекоммуникационных сетях. Волокно содержит область с однородным низким показателем преломления, которая окружается оболочкой, которая является периодической структурой из областей с различными показателями преломления. Область с низким показателем преломления имеет наибольший размер, который больше, чем отдельный самый короткий период оболочки. Световое излучение удерживается в области с более низким показателем преломления за счет запрещенной энергетической зоны фотонного кристалла оболочки. Отношение областей оболочки с низким показателем преломления к областям с высоким показателем преломления по объему равно по меньшей мере 15%. Способ изготовления волокна включает формирование пакета стержней, который включает по меньшей мере один усеченный стержень, определяющий полость в пакетах, и протягивание пакета в волокно, имеющее удлиненную полость. При этом обеспечено увеличение передаваемой мощности. Таким образом, отличительной чертой вышеописанного световода на основе фотонного кристалла является наличие в нем полостей, расположенных по продольной оси, как в световедущей сердцевине, так и в отражающей стеклянной оболочке. Однако в волокне на основе фотонного кристалла отсутствует механизм защиты от диффузии водорода внутрь волокна, что приводит к существенным оптическим потерям в нем.Known fiber based on a photonic crystal, selected as a prototype (Patent RU No. 2226705). The invention relates to fiber optic technology and can be used in optical amplifiers, lasers, spectral filters, gas sensors and telecommunication networks. The fiber contains a region with a uniform low refractive index, which is surrounded by a sheath, which is a periodic structure of regions with different refractive indices. The region with a low refractive index has the largest size, which is larger than the single shortest shell period. Light radiation is kept in the region with a lower refractive index due to the forbidden energy zone of the photonic crystal of the shell. The ratio of the regions of the shell with a low refractive index to the regions with a high refractive index by volume is at least 15%. A method of manufacturing a fiber includes forming a packet of rods that includes at least one truncated rod defining a cavity in the packets, and pulling the packet into a fiber having an elongated cavity. At the same time, an increase in transmitted power is provided. Thus, a distinctive feature of the above-described photonic crystal fiber is the presence of cavities in it located along the longitudinal axis, both in the light guide core and in the reflective glass shell. However, in a fiber based on a photonic crystal there is no mechanism of protection against hydrogen diffusion into the fiber, which leads to significant optical losses in it.
Предметом изобретения является волоконный световод, который может работать в атмосфере, содержащей водород, при повышенных температурах без дополнительных оптических потерь, связанных с водородом.A subject of the invention is a fiber light guide that can operate in an atmosphere containing hydrogen at elevated temperatures without additional optical losses associated with hydrogen.
Решение поставленной задачи достигается путем создания продольных полостей в стеклянной оболочке волокна и заполнением полостей газом, не влияющим на оптические потери в световоде. При этом газ в полостях находится под давлением, превышающим парциальное давление водорода в окружающей среде.The solution to this problem is achieved by creating longitudinal cavities in the glass sheath of the fiber and filling the cavities with gas, which does not affect the optical loss in the fiber. In this case, the gas in the cavities is under a pressure exceeding the partial pressure of hydrogen in the environment.
На Фиг.1 изображен волоконный световод 100, световедущая сердцевина 110, отражающая стеклянная оболочка 120 и полости 130.Figure 1 shows a fiber waveguide 100, a light guide core 110, a reflective glass sheath 120 and cavity 130.
На Фиг.2 изображен волоконный световод 200 с несколькими рядами полостей, где световедущая сердцевина 210, отражающая стеклянная оболочка 220, первый ряд полостей 230, второй ряд полостей 240.Figure 2 shows a
Изобретение описывает волоконный световод (оптическое волокно) с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды, который может работать в атмосфере, содержащей водород при повышенных температурах, не имея прироста оптических потерь, связанных с водородом. Этот эффект достигается созданием продольных полостей в стеклянной оболочке волокна и заполнением этих полостей газом, не влияющим на оптические потери в световоде. Диффузия газа из световода наружу препятствует диффузии водорода из окружающей среды внутрь световода к его световедущей сердцевине.The invention describes a fiber light guide (optical fiber) with increased resistance to diffusion of molecules from the environment, which can operate in an atmosphere containing hydrogen at elevated temperatures, without having an increase in optical losses associated with hydrogen. This effect is achieved by creating longitudinal cavities in the glass sheath of the fiber and filling these cavities with gas, which does not affect the optical loss in the fiber. The diffusion of gas from the fiber to the outside prevents the diffusion of hydrogen from the environment into the fiber to its light guide core.
Сердцевина световода может быть одномодовая или многомодовая, из нелегированного кварцевого стекла или из кварцевого стекла, легированного оксидами германия, фосфора, алюминия, бора и т.п.The core of the fiber can be single-mode or multi-mode, from undoped quartz glass or from quartz glass doped with oxides of germanium, phosphorus, aluminum, boron, etc.
Кроме того, сердцевина световода может быть выполнена сплошной или микроструктурированной (дырчатой).In addition, the core of the fiber can be solid or microstructured (holey).
Защитное покрытие может состоять из полимерного покрытия, герметичного покрытия (например: метал, углерод, керамика) или комбинации герметичного и полимерного покрытий.The protective coating may consist of a polymer coating, a sealed coating (for example: metal, carbon, ceramic) or a combination of sealed and polymer coatings.
На Фиг.3. изображен волоконный световод 300 с полостями и защитным покрытием, где 310 - световедущая сердцевина; 320 - отражающая стеклянная оболочка; 330 - полости; 340 - защитное покрытие.In figure 3. an
В качестве газа может использоваться гелий или дейтерий.Helium or deuterium may be used as gas.
Полости могут заполняться газом не только через торец световода, но и сбоку через вскрытые полости в определенном месте световода. В этом случае концы световода могут быть сварены с обычным световодом и использоваться для ввода-вывода сигнала, как показано на Фиг.4.The cavities can be filled with gas not only through the end of the fiber, but also from the side through the opened cavities in a certain place in the fiber. In this case, the ends of the fiber can be welded with a conventional fiber and used for input-output signal, as shown in Fig.4.
Диаметры световода и полостей могут варьироваться и быть увеличены, чтобы получить лучшее соотношение между скоростью диффузии газа наружу и скоростью подачи газа по полостям на всю дину световода в случае большой длины световода.The diameters of the fiber and the cavities can vary and be increased in order to obtain a better ratio between the gas diffusion outward velocity and the gas feed rate through the cavities over the entire length of the fiber in the case of a long fiber.
Физическая сущность предложенного технического решения заключается в том, что диффузия газа из полостей через стеклянную оболочку наружу препятствует диффузии водорода из окружающей среды внутрь световода к его световедущей сердцевине. Полости при этом располагаются достаточно далеко от световедущей сердцевины световода, чтобы не мешать распространению света по сердцевине. Диффузия газа из световода наружу препятствует диффузии водорода из окружающей среды внутрь световода к его световедущей сердцевине. Таким образом, водород не диффундирует при высоких температурах и давлении в световод и не ухудшает оптических параметров световедущей сердцевины. Экспериментальные данные, представленные на Фиг.5, подтверждают преимущества заявленного технического решения при сравнении спектров оптических потерь в сплошных световодах и в градиентных световодах легированных оксидом германия после выдержки в атмосфере водорода при давлении 30 атм при температуре 300°С в течение 1 часа.The physical essence of the proposed technical solution lies in the fact that the diffusion of gas from the cavities through the glass shell to the outside prevents the diffusion of hydrogen from the environment into the fiber to its light guide core. In this case, the cavities are located far enough from the light guide core of the light guide so as not to interfere with the propagation of light through the core. The diffusion of gas from the fiber to the outside prevents the diffusion of hydrogen from the environment into the fiber to its light guide core. Thus, hydrogen does not diffuse at high temperatures and pressure into the fiber and does not degrade the optical parameters of the light guide core. The experimental data presented in Fig. 5 confirm the advantages of the claimed technical solution when comparing the optical loss spectra in continuous fibers and in gradient fibers doped with germanium oxide after exposure to hydrogen at a pressure of 30 atm at a temperature of 300 ° C for 1 hour.
Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым, не известно из современного уровня техники, промышленно применимо в волоконной оптике и дает положительный эффект при его применении.Thus, the proposed technical solution is new, it is not known from the modern level of technology, is industrially applicable in fiber optics and gives a positive effect in its application.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005109629/28A RU2314556C2 (en) | 2005-04-05 | 2005-04-05 | Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005109629/28A RU2314556C2 (en) | 2005-04-05 | 2005-04-05 | Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005109629A RU2005109629A (en) | 2006-09-10 |
RU2314556C2 true RU2314556C2 (en) | 2008-01-10 |
Family
ID=37112651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005109629/28A RU2314556C2 (en) | 2005-04-05 | 2005-04-05 | Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2314556C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690984C2 (en) * | 2014-12-03 | 2019-06-07 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Optical fibre core and optical fibre tape core |
-
2005
- 2005-04-05 RU RU2005109629/28A patent/RU2314556C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690984C2 (en) * | 2014-12-03 | 2019-06-07 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Optical fibre core and optical fibre tape core |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005109629A (en) | 2006-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6301420B1 (en) | Multicore optical fibre | |
EP0810453B1 (en) | Article comprising a micro-structured optical fiber, and method of making such fiber | |
CA2368778C (en) | A photonic crystal fibre and a method for its production | |
US8958674B2 (en) | Amplifying optical fiber and production method | |
US10948656B2 (en) | Fiber-based mid-IR signal combiner and method of making same | |
EP1869513B1 (en) | Optical fibre bundle | |
CN1159229A (en) | Raman fibre-optical laser, bragg fibre-optical grating and method of altering refractive index in germano-silicate glass | |
JP2004506937A (en) | Optical fiber with hole made of non-quartz glass | |
GB2350904A (en) | A photonic crystal fibre and its production | |
WO2017219118A1 (en) | Photonic crystal fiber methods and devices | |
EP1420276A1 (en) | Polarization-preserving photonic crystal fibers | |
WO2002012931A2 (en) | Dispersion manipulating fibre | |
Hao et al. | Optimized design of unsymmetrical gap nodeless hollow core fibers for optofluidic applications | |
US7463807B2 (en) | Waveguide configuration | |
US8942531B2 (en) | Optical fuse devices, optical fiber lines, and methods of manufacturing same | |
RU2314556C2 (en) | Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment | |
JP5555134B2 (en) | Optical fiber | |
WO2003093884A2 (en) | A method and apparatus relating to optical fibres | |
JP2017015933A (en) | Optical fiber grating, sensor, optical filter, and method for manufacturing optical fiber grating | |
RU2229770C2 (en) | Device for protecting fiber-optic lines against destruction by laser emission | |
Sakata et al. | Long-period fiber-grating-based bandpass filter using self-aligned absorptive core mode blocker | |
Priyambada et al. | Analysis of effective area and splicing loss behavior of square and hexagonal photonic crystal fiber | |
Chaudhary et al. | Photonic crystal fibre: developments, properties and applications in optical fiber communication | |
Gangopadhyay | Historical Facts toward Introduction of Fiber-Optics and Photonics | |
KR100443680B1 (en) | Optical fiber using of photonic bandgap and the method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20201127 |