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 PDF

Info

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
Application number
RU2005109629/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005109629A (en
Inventor
Евгений Михайлович Дианов (RU)
Евгений Михайлович Дианов
Сергей Львович Семенов (RU)
Сергей Львович Семенов
Алексей Федорович Косолапов (RU)
Алексей Федорович Косолапов
Original Assignee
Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук НЦВО при ИОФ РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук НЦВО при ИОФ РАН filed Critical Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук НЦВО при ИОФ РАН
Priority to RU2005109629/28A priority Critical patent/RU2314556C2/en
Publication of RU2005109629A publication Critical patent/RU2005109629A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2314556C2 publication Critical patent/RU2314556C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to the technology of creation of fiber-optic light-pipes.
SUBSTANCE: it may be used in the fields where conditions of the work demand protection of the light-pipe from diffusion of admixtures from without. Longitudinal cavities are created in a glass shell and these cavities are filled with gas not influencing on optical losses in the light-pipe. In quality of gas helium or heavy hydrogen is used. The diffusion of gas from the cavities of the light-pipe from without prevents diffusion of hydrogen from the environment inside the light-pipe to its light leading core of the light-pipe not to hinder propagation of light along the core. The core of the light-pipe may be single-mode or multi-mode, out of plain quartz glass or out of quartz glass alloyed with oxides of germanium, phosphorous, aluminum, boron. The cavities may be filled with gas not only from the end-face of the light-pipe but also from the outside through unsealed cavities in a definite place of the light-pipe.
EFFECT: possibility to work in atmosphere containing hydrogen at increased temperatures without additional optical losses connected with hydrogen.
10 cl, 5 dwg

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 fiber waveguide 200 with several rows of cavities, where a light guide core 210, a reflective glass sheath 220, a first row of cavities 230, a second row of cavities 240.

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 optical fiber 300 is shown with cavities and a protective coating, where 310 is a light guide core; 320 - reflective glass shell; 330 - cavity; 340 - a protective coating.

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)

1. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды, содержащий световедущую сердцевину, стеклянную оболочку, а также защитное покрытие, нанесенное поверх оболочки, отличающийся тем, что в стеклянной оболочке по всей длине световода располагаются продольные параллельные оси световода полости, заполненные гелием или дейтерием под давлением, превышающим парциальное давление водорода в окружающей среде, полости располагаются на расстоянии от световедущей сердцевины световода, не влияющем на распространение света по сердцевине.1. An optical fiber with increased resistance to diffusion of molecules from the environment, containing a light guide core, a glass sheath, and a protective coating deposited on top of the sheath, characterized in that longitudinally parallel to the axis of the light guide cavity filled with helium are placed in the glass sheath along the entire length of the light guide or deuterium under pressure exceeding the partial pressure of hydrogen in the environment, the cavities are located at a distance from the light guide core of the fiber, which does not affect the propagation light on the core. 2. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что световедущая сердцевина выполнена из нелегированного кварцевого стекла.2. A fiber waveguide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the light guide core is made of undoped quartz glass. 3. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что световедущая сердцевина выполнена из кварцевого стекла, легированного оксидами одного материала из группы германий, фосфор, алюминий, бор.3. A fiber waveguide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the light guide core is made of quartz glass doped with oxides of one material from the group of germanium, phosphorus, aluminum, boron. 4. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что световедущая сердцевина выполнена сплошной или микроструктурированной.4. A fiber light guide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the light guide core is solid or microstructured. 5. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что световедущая сердцевина выполнена одномодовой или многомодовой.5. A fiber waveguide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the light guide core is single-mode or multi-mode. 6. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что защитное покрытие состоит из полимерного покрытия.6. An optical fiber with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the protective coating consists of a polymer coating. 7. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что защитное покрытие состоит из герметичного покрытия.7. An optical fiber with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the protective coating consists of a sealed coating. 8. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.7, отличающийся тем, что герметичное покрытие состоит из одного из материалов из группы: металл, углерод, керамика.8. A fiber waveguide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 7, characterized in that the sealed coating consists of one of the materials from the group: metal, carbon, ceramics. 9. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды по п.1, отличающийся тем, что защитное покрытие состоит из комбинации герметичного и полимерного покрытий.9. A fiber waveguide with increased resistance to diffusion of molecules from the environment according to claim 1, characterized in that the protective coating consists of a combination of sealed and polymer coatings. 10. Волоконный световод с повышенной стойкостью к диффузии молекул из окружающей среды, содержащий световедущую сердцевину, стеклянную оболочку, а также защитное покрытие, нанесенное поверх оболочки, отличающийся тем, что в стеклянной оболочке по всей длине световода располагаются продольные параллельные оси световода полости, заполненные гелием или дейтерием под давлением, превышающим парциальное давление водорода в окружающей среде, полости располагаются на расстоянии от световедущей сердцевины световода, не влияющем на распространение света по сердцевине, причем сбоку в определенном месте световода в полостях имеются вскрытия, через которые эти полости могут заполняться газом.10. An optical fiber with increased resistance to diffusion of molecules from the environment, containing a light guide core, a glass sheath, and a protective coating applied over the sheath, characterized in that longitudinally parallel to the axis of the light guide cavity filled with helium are placed in the glass sheath along the entire length of the light guide or deuterium under a pressure exceeding the partial pressure of hydrogen in the environment, the cavities are located at a distance from the light guide core of the fiber, which does not affect the distribution ix light within the core, wherein the side light guide at a certain place in the cavities have opening through which the cavity can be filled with gas.
RU2005109629/28A 2005-04-05 2005-04-05 Fiber-optic light-pipe with increased steadfastness to diffusion of molecules from the environment RU2314556C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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