RU2537523C1 - Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) - Google Patents
Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537523C1 RU2537523C1 RU2013141980/28A RU2013141980A RU2537523C1 RU 2537523 C1 RU2537523 C1 RU 2537523C1 RU 2013141980/28 A RU2013141980/28 A RU 2013141980/28A RU 2013141980 A RU2013141980 A RU 2013141980A RU 2537523 C1 RU2537523 C1 RU 2537523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- core
- silica glass
- shell
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области волоконных световодов, стойких к воздействию ядерного и/или ионизирующего излучения, и промышленно применимо в системах волоконно-оптической связи, предназначенных для использования в условиях воздействия на них вышеуказанных излучений (внутри и вблизи объектов атомной энергетики, объектов с ядерной опасностью, на спутниках, в вооружениях, в военной и специальной технике и др.).The invention relates to the field of fiber optical fibers that are resistant to nuclear and / or ionizing radiation, and is industrially applicable in fiber-optic communication systems intended for use under the conditions of exposure to the above radiation (inside and near nuclear energy facilities, objects with nuclear danger, on satellites, in armaments, in military and special equipment, etc.).
Предшествующий уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно, что наиболее востребованный тип волоконных световодов - это волоконные световоды на основе кварцевого стекла (т.е. имеющие сердцевину и оболочку из легированного или нелегированного кварцевого стекла) и являющиеся одномодовыми на рабочей длине волны λ0 в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне, под которым ниже будет пониматься интервал длин волн 0,78…1,9 мкм.It is known from the prior art that the most popular type of fiber optical fibers are silica glass fibers (i.e. having a core and cladding of doped or undoped silica glass) and being single-mode at a working wavelength of λ 0 in the near infrared (IR) the range under which we will understand below the wavelength range of 0.78 ... 1.9 microns.
На сегодняшний день из ближнего ИК-диапазона для оптической связи используется спектральный интервал ~1,29…1,69 мкм и в первую очередь наиболее применяемые длины волн 1,31 и 1,55 мкм (см. E. Desurvire "Optical Communication in 2025", 31st European Conference on Optical Communication, ECOC-2005, Glasgow, UK, 25-29 September 2005, paper Mo 2.1.3). Современными наиболее актуальными применениями таких световодов являются системы оптической связи, включая Интернет (см. Е.М. Дианов «На пороге пета-эры». Успехи физических наук, том 183, №5, с.511-518 (2013)).To date, the near-infrared range for optical communication uses the spectral range of ~ 1.29 ... 1.69 μm and primarily the most used wavelengths of 1.31 and 1.55 μm (see E. Desurvire "Optical Communication in 2025 ", 31 st European Conference on Optical Communication, ECOC-2005, Glasgow, UK, 25-29 September 2005, paper Mo 2.1.3). The most relevant modern applications of such optical fibers are optical communication systems, including the Internet (see EM Dianov “On the eve of the pet-era.” Uspekhi Fizicheskikh Nauk, vol. 183, No. 5, p.511-518 (2013)).
Заготовки для таких волоконных световодов изготавливают по методу химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов. Разработаны и хорошо известны технологические процессы, реализующие этот метод: MCVD, FCVD, VAD, OVD, PCVD и SPCVD. Они описаны, например, в следующих научных статьях: S.R. Nagel, J.B. MacChesney, K.L. Walker "An overview of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process and performance" IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.18, No.4, pp.459-476 (1982); A.A. Malinin, A.S. Zlenko, U.G. Akhmetshin, S.L. Semjonov "Furnace chemical vapor deposition (FCVD) method for special optical fibers fabrication", Proc. SPIE, vol. 7934, Paper 793418 (2011); K. Okamoto, T. Edahiro, M. Nakahara "Transmission characteristics of VAD multimode optical fibers". Applied Optics, vol.20, pp.2314-2318 (1981); M.G. Blankenship, C.W. Deneka "The outside vapor deposition method of fabricating optical waveguide fibers", IEEE Transactions on Wicrowave Theory and Techniques, vol.30, pp.1406-1411 (1982); Th. Hunlich, H. Bauch, R.Th. Kersten, V. Paquet, G.F. Weidmann "Fiber perform fabrication using plasma technology", Journal of Optical Communication, vol.4, pp.122-129 (1987); E.M. Dianov, K.M. Golant, A.S. Kurkov, R.R. Khrapko, A.L. Tomashuk "Low-hydrogen silicon oxynitride optical fibres prepared by SPCVD", Journal of Lightwave Technology, vol.13, pp.1471-1474 (1995). После этого волоконные световоды изготавливают из заготовок известным методом вытягивания. В процессе вытягивания на волоконный световод наносят защитное покрытие. В результате волоконный световод состоит из сердцевины и оболочки на основе кварцевого стекла и защитного покрытия.Preforms for such optical fibers are made by chemical deposition of silica glass from a mixture of the starting gaseous reagents. Technological processes implementing this method have been developed and are well known: MCVD, FCVD, VAD, OVD, PCVD and SPCVD. They are described, for example, in the following scientific articles: S.R. Nagel, J.B. MacChesney, K.L. Walker "An overview of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process and performance" IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 18, No.4, pp.459-476 (1982); A.A. Malinin, A.S. Zlenko, U.G. Akhmetshin, S.L. Semjonov "Furnace chemical vapor deposition (FCVD) method for special optical fibers fabrication", Proc. SPIE, vol. 7934, Paper 793418 (2011); K. Okamoto, T. Edahiro, M. Nakahara "Transmission characteristics of VAD multimode optical fibers". Applied Optics, vol. 20, pp. 2314-2318 (1981); M.G. Blankenship, C.W. Deneka "The outside vapor deposition method of fabricating optical waveguide fibers", IEEE Transactions on Wicrowave Theory and Techniques, vol. 30, pp. 1406-1411 (1982); Th. Hunlich, H. Bauch, R.Th. Kersten, V. Paquet, G.F. Weidmann "Fiber perform fabrication using plasma technology", Journal of Optical Communication, vol. 4, pp. 122-129 (1987); E.M. Dianov, K.M. Golant, A.S. Kurkov, R.R. Khrapko, A.L. Tomashuk, "Low-hydrogen silicon oxynitride optical fibers prepared by SPCVD," Journal of Lightwave Technology, vol. 13, pp. 1471-1474 (1995). After that, fiber optic fibers are made from preforms by the known drawing method. In the drawing process, a protective coating is applied to the fiber. As a result, the fiber light guide consists of a core and a sheath based on quartz glass and a protective coating.
Важнейшей характеристикой одномодовых волоконных световодов является длина волны отсечки первой высшей моды λс. Световод является одномодовым на длине волны λ0, если λ0>λc. (см. F. Krahn, В. Sange, E.-G. Neumann, H. Schwierz, J. Streckert, F. Wilczewski "Cutoff wavelength of single-mode fibers: definition, measurement, and length and curvature dependence". Fiber and Integrated Optics, vol.8, pp.203-215 (1989)).The most important characteristic of single-mode optical fibers is the cut-off wavelength of the first highest mode, λ s . A fiber is single-mode at a wavelength of λ 0 if λ 0 > λ c . (see F. Krahn, B. Sange, E.-G. Neumann, H. Schwierz, J. Streckert, F. Wilczewski "Cutoff wavelength of single-mode fibers: definition, measurement, and length and curvature dependence". Fiber and Integrated Optics, vol. 8, pp. 203-215 (1989)).
В ряде применений волоконные световоды при эксплуатации размещаются в полях ядерного и/или ионизирующего излучения, или могут оказаться под воздействием таких излучений во время эксплуатации. Под ядерным излучением понимаются быстрые нейтроны, протоны и бета-излучение; под ионизирующим излучением - гамма-излучение, рентгеновское излучение, излучение ультрафиолетового (УФ) и видимого диапазонов, которое может падать на волоконный световод извне или распространяться внутри волоконного световода.In a number of applications, optical fibers during operation are located in the fields of nuclear and / or ionizing radiation, or may be exposed to such radiation during operation. Nuclear radiation refers to fast neutrons, protons and beta radiation; Under ionizing radiation - gamma radiation, x-ray radiation, ultraviolet (UV) and visible radiation, which can fall on the fiber from the outside or propagate inside the fiber.
Известно, что при применениях волоконных световодов в условиях воздействия на них ядерного и/или ионизирующего излучения, возникает проблема увеличения оптических потерь в волоконном световоде вплоть до утраты прозрачности волоконного световода. Это явление известно как радиационно-наведенное поглощение (РНП) света в волоконном световоде (см. B. Brichard, A. Fernandez Fernandez, H. Ooms, F. Berghmans, M. Decreton, A. Tomashuk, S. Klyamkin, M. Zabezhailov, I. Nikolin, V. Bogatyrjov, E. Hodgson. T. Kakuta, T. Shikama, T. Nishitani, A. Costley, G. Vayakis "Radiation-hardening techniques of dedicated optical fibres used in plasma diagnostic systems in ITER", Journal of Nuclear Materials, vol.329-333, pp.1456-1460 (2004)). Эффект РНП объясняется тем, что вышеуказанные излучения разрывают химические связи в сетке стекла волоконного световода, из-за чего в сетке стекла образуются радиационные центры окраски (РЦО), поглощающие свет, распространяющийся по волоконному световоду (см. D.L. Griscom, K.M. Golant, A.L. Tomashuk, D.V. Pavlov, Yu.A. Tarabrin "Gamma-radiation resistance of aluminum-coated all-silica optical fibers fabricated using different types of silica in the core", Applied Physics Letters, vol.69 (3), pp.322-324 (1996)).It is known that when using optical fibers under conditions of exposure to nuclear and / or ionizing radiation, a problem arises of increasing optical losses in the optical fiber until the transparency of the optical fiber is lost. This phenomenon is known as radiation-induced absorption (RNP) of light in a fiber (see B. Brichard, A. Fernandez Fernandez, H. Ooms, F. Berghmans, M. Decreton, A. Tomashuk, S. Klyamkin, M. Zabezhailov , I. Nikolin, V. Bogatyrjov, E. Hodgson. T. Kakuta, T. Shikama, T. Nishitani, A. Costley, G. Vayakis "Radiation-hardening techniques of dedicated optical fibers used in plasma diagnostic systems in ITER", Journal of Nuclear Materials, vol. 293-333, pp. 1456-1460 (2004)). The RNP effect is explained by the fact that the above radiation breaks chemical bonds in the glass fiber network of the fiber, because of which radiation color centers (RCOs) are formed in the glass network, which absorb light propagating through the fiber (see DL Griscom, KM Golant, AL Tomashuk , DV Pavlov, Yu.A. Tarabrin "Gamma-radiation resistance of aluminum-coated all-silica optical fibers fabricated using different types of silica in the core", Applied Physics Letters, vol. 69 (3), pp. 322-324 (1996)).
Волоконные световоды для оптической связи, широко использующиеся вне полей ядерного и/или ионизирующего излучения, имеют сердцевину из кварцевого стекла, легированного оксидом германия. В то же время именно на атомах германия в сетке кварцевого стекла возникает большое количество РЦО, дающих недопустимо большое РНП в ближнем ИК-диапазоне, из-за чего такие волоконные световоды не обладают свойством радиационной стойкости.Fiber optic fibers for optical communication, widely used outside the fields of nuclear and / or ionizing radiation, have a core made of quartz glass doped with germanium oxide. At the same time, it is precisely on germanium atoms in the quartz glass network that a large number of RCOs arise, giving an unacceptably high RNP in the near infrared range, which is why such fiber optic fibers do not have the property of radiation resistance.
Из уровня техники известен волоконный световод с повышенной радиационной стойкостью, который вместо сердцевины из кварцевого стекла, легированного оксидом германия, имеет сердцевину из нелегированного кварцевого стекла (см. G. Tanaka, M. Watanabe, K. Yano "Characteristics of pure silica core single-mode fiber", Fiber and Integrated Optics, vol.7, pp.47-56 (1987)). Увеличение радиационной стойкости этого волоконного световода связано с исключением из состава стекла атомов германия, создающих большое количество РЦО.The prior art fiber optic fiber with increased radiation resistance, which instead of a core made of quartz glass doped with germanium oxide, has a core made of undoped quartz glass (see G. Tanaka, M. Watanabe, K. Yano "Characteristics of pure silica core single- mode fiber ", Fiber and Integrated Optics, vol. 7, pp. 47-56 (1987)). The increase in radiation resistance of this fiber is due to the exclusion of germanium atoms from the glass composition, which create a large number of RCOs.
Недостатком указанного волоконного световода является невысокая радиационная стойкость, обусловленная тремя механизмами РНП, влияющими на распространение светового сигнала в ближнем ИК-диапазоне, подавление которых и означало бы повышение радиационной стойкости световода в этой спектральной области. Эти три механизма РНП следующие:The disadvantage of this fiber is the low radiation resistance due to three mechanisms of RNP affecting the propagation of the light signal in the near infrared range, the suppression of which would mean an increase in the radiation resistance of the fiber in this spectral region. These three RNP mechanisms are as follows:
- это в первую очередь РНП, вызванное РЦО, связанными с атомами хлора, которые входят в сетку номинально нелегированного кварцевого стекла при синтезе стекла заготовки из смеси исходных газообразных реагентов, обычно содержащей молекулярный кислород O2 и тетрахлорид кремния SiCl4. Это РНП растет с ростом содержания хлора в стекле световода. При этом оно достигает максимума в УФ-диапазоне и монотонно спадает с увеличением длины волны, проявляясь и в ближнем ИК-диапазоне (см. S. Girard, C. Marcandella, A. Alessi, A. Boukenter, Y. Ouerdane, N. Richard, P. Paillet, M. Gaillardin, M. Raine «Transient radiation responses of optical Fibers: influence of MCVD process parameters», IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.59, No 6, pp.2894-2901 (2012)). В процессе облучения волоконного световода ядерным и/или ионизирующим излучением это РНП возрастает монотонно с увеличением дозы (см. D.L. Griscom, K.M. Golant, A.L. Tomashuk, D.V. Pavlov, Yu.A. Tarabrin "Gamma-radiation resistance of aluminum-coated all-silica optical fibers fabricated using different types of silica in the core", Applied Physics Letters, vol.69 (3), pp.322-324 (1996)). В дальнейшем это РНП будем называть «РНП-1»;- This is primarily RNP caused by RCOs bound to chlorine atoms that enter the network of nominally undoped silica glass during the synthesis of glass blanks from a mixture of the initial gaseous reagents, usually containing molecular oxygen O 2 and silicon tetrachloride SiCl 4 . This RNP increases with increasing chlorine content in the glass fiber. At the same time, it reaches a maximum in the UV range and decreases monotonically with increasing wavelength, manifesting itself in the near IR range (see S. Girard, C. Marcandella, A. Alessi, A. Boukenter, Y. Ouerdane, N. Richard , P. Paillet, M. Gaillardin, M. Raine “Transient radiation responses of optical Fibers: influence of MCVD process parameters”, IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 59, No. 6, pp. 2894-2901 (2012)). During irradiation of a fiber with nuclear and / or ionizing radiation, this RNP increases monotonically with increasing dose (see DL Griscom, KM Golant, AL Tomashuk, DV Pavlov, Yu.A. Tarabrin "Gamma-radiation resistance of aluminum-coated all-silica optical fibers fabricated using different types of silica in the core ", Applied Physics Letters, vol. 69 (3), pp. 322-324 (1996)). In the future, this RNP will be called "RNP-1";
- второй механизм - это РНП, не связанное с атомами хлора. Оно тоже имеет максимум в видимом или УФ-диапазоне спектра и монотонно спадает с увеличением длины волны. При больших мощностях дозы ионизирующего излучения это РНП зависит от дозы немонотонно: оно резко возрастает в начале облучения, а затем уменьшается с ростом дозы (см. A.L. Tomashuk, K.M. Golant "Radiation-resistant and radiation-sensitive silica optical fibers", Proceeding of SPIE, vol.4083, pp.188-201 (2000)). Природа РЦО, ответственных за это РНП, доподлинно неизвестна и до сих пор теоретически не объяснена. В дальнейшем это РНП будем называть «РНП-2»;- the second mechanism is RNP, not associated with chlorine atoms. It also has a maximum in the visible or UV spectrum and monotonically decreases with increasing wavelength. At high dose rates of ionizing radiation, this RNP depends on the dose nonmonotonically: it increases sharply at the beginning of irradiation and then decreases with increasing dose (see AL Tomashuk, KM Golant "Radiation-resistant and radiation-sensitive silica optical fibers", Proceeding of SPIE Vol. 4083, pp. 188-201 (2000)). The nature of the RCOs responsible for this RNP is not known for certain and is still not theoretically explained. In the future, this RNP will be called "RNP-2";
- третий механизм - это РНП, достигающее максимума на длине волны около 1,9 мкм и монотонно снижающееся с уменьшением длины волны (см. E. Reginer, I. Flammer, S. Girard, F. Gooijer, F. Actten, G. Kuyt "Low-dose radiation-induced attenuation at infrared wavelengths for P-doped, Ge-doped and pure silica-core optical fibers", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.54, No 4, pp.1115-1119 (2007)). Природа РЦО, ответственных за это РНП, также доподлинно неизвестна. В дальнейшем это РНП будем называть «РНП-3».- the third mechanism is RNP, which reaches a maximum at a wavelength of about 1.9 μm and monotonously decreases with decreasing wavelength (see E. Reginer, I. Flammer, S. Girard, F. Gooijer, F. Actten, G. Kuyt "Low-dose radiation-induced attenuation at infrared wavelengths for P-doped, Ge-doped and pure silica-core optical fibers", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 54, No. 4, pp. 1115-1119 (2007)) . The nature of the RCOs responsible for this RNP is also not known for certain. In the future, this RNP will be called "RNP-3."
Одним из перспективных направлений разработок радиационно-стойких волоконных световодов является изготовление их компонентов из кварцевого стекла, легированного фтором.One of the promising areas of development of radiation-resistant fiber optical fibers is the manufacture of their components from quartz glass doped with fluorine.
В качестве достаточно близкого аналога предлагаемого световода известен радиационно-стойкий волоконный световод с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла КС-4В и оболочкой из кварцевого стекла, легированного фтором (см. V.A. Bogatyrjov, I.I. Cheremisin, E.M. Dianov, K.M. Golant, A.L. Tomashuk "Super-high-strength metal-coated low-hydroxyl low-chlorine all-silica optical fibers", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.43, No.3, pp.1057-1060 (1996)). Высокая радиационная стойкость световода обусловлена малым содержанием примеси хлора (0,002 весового процента), из-за чего подавлено РНП-1. Также подавлено РНП-3. Кварцевое стекло КС-4В изготавливается в виде объемных блоков, а для изготовления заготовки волоконного световода из блока вытачивается стержень, на который осаждают светоотражающую оболочку из кварцевого стекла, легированного фтором.As a fairly close analogue of the proposed fiber, a radiation-resistant fiber is known with a core made of undoped quartz glass KS-4B and a sheath made of quartz glass doped with fluorine (see VA Bogatyrjov, II Cheremisin, EM Dianov, KM Golant, AL Tomashuk "Super- high-strength metal-coated low-hydroxyl low-chlorine all-silica optical fibers ", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 43, No.3, pp.1057-1060 (1996)). The high radiation resistance of the fiber is due to the low content of chlorine impurities (0.002 weight percent), due to which RNP-1 is suppressed. Also suppressed RNP-3. Quartz glass KS-4V is made in the form of volumetric blocks, and a rod is drawn from the block for the manufacture of a fiber fiber preform, onto which a reflective cladding is made of quartz glass doped with fluorine.
Недостаток этого близкого аналога заключается в том, что данный световод не является одномодовым в ближнем ИК-диапазоне, так как практически невозможно выточить достаточно тонкий однородный стержень (диаметром менее 1 мм) для использования его в качестве сердцевины заготовки одномодового световода. Также недостатком является тот факт, что в данном световоде присутствует РНП-2.The disadvantage of this close analogue is that this fiber is not single-mode in the near infrared range, since it is almost impossible to carve a sufficiently thin uniform rod (with a diameter of less than 1 mm) for use as the core of a single-mode fiber preform. Another disadvantage is the fact that RNP-2 is present in this fiber.
Из зарубежных патентных публикаций известен радиационно-стойкий волоконный световод на основе кварцевого стекла, а также способ его изготовления, включающий изготовление заготовки, содержащей сердцевину и оболочку, которые синтезируются по методу химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, и последующее вытягивание волоконного световода из заготовки (см. патент США 7440673 B2 «RADIATION RESISTANT SINGLE-MODE OPTICAL FIBER AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF», опубл. 21.10.2008, МПК G02B 6/00). При изготовлении заготовки кварцевое стекло сердцевины легируют фтором, так что ее показатель преломления становится на 0,1…0,3% меньше показателя преломления нелегированного кварцевого стекла, а кварцевое стекло оболочки легируется еще большим количеством фтора, так что его показатель преломления становится меньше показателя преломления сердцевины на 0,3…0,5%. Суть в том, что при легировании кварцевого стекла фтором в процессе синтеза стекла заготовки подавляется вхождение в сетку стекла атомов хлора (атомы более химически активного фтора замещают атомы хлора). Поэтому из-за малого количества хлора в сетке стекла сердцевины минимизируется РНП-1. Кроме того, в световоде из-за наличия фтора в стекле подавлено РНП-3. Поэтому световод обладает повышенной радиационной стойкостью.From foreign patent publications known radiation-resistant fiber optic fiber based on silica glass, as well as a method for its manufacture, including the manufacture of a workpiece containing a core and a sheath, which are synthesized by the chemical deposition of silica glass from a mixture of the source gaseous reagents, and the subsequent drawing of the fiber optic fiber from blanks (see US patent 7440673 B2 "RADIATION RESISTANT SINGLE-MODE OPTICAL FIBER AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF", publ. 21.10.2008,
Недостатком данного способа изготовления радиационно-стойкого световода является сложность его практической реализации, так как изготовление заготовки требует последовательного применения сразу двух технологий: сначала технологии VAD для синтеза стекла сердцевины, а затем технологии OVD для синтеза стекла оболочки. Кроме того, недостатком данного радиационно-стойкого световода и способа его изготовления является тот факт, что РНП-2 в волоконном световоде подавлено не в полной мере.The disadvantage of this method of manufacturing a radiation-resistant fiber is the difficulty of its practical implementation, since the preparation of a preform requires the sequential application of two technologies at once: first, VAD technology for the synthesis of core glass, and then OVD technology for the synthesis of cladding glass. In addition, the disadvantage of this radiation-resistant fiber and the method of its manufacture is the fact that the RNP-2 in the fiber is not completely suppressed.
Более близким к способу изготовления заявляемого световода можно признать способ изготовления радиационно-стойкого волоконного световода на основе кварцевого стекла, легированного фтором, представленный в описаниях патентов США 7689093 B2 «Fluorine-Doped Optical Fiber», опубл. 30.03.2010, МПК G02B 6/00, G02B 6/02 и 7526177 B2 «Fluorine-Doped Optical Fiber», опубл. 28.04.2009, МПК G02B 6/00; G02B 6/036, на базе общей приоритетной заявки FR 20060006058 от 04.07.2006. Способ включает изготовление заготовки, содержащей сердцевину и оболочку, которые синтезируются в рамках единого (а не двойного, как в предыдущем аналоге) технологического процесса химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, и вытяжку волоконного световода из заготовки. В данном способе сердцевина и оболочка тоже синтезируются из кварцевого стекла, легированного фтором, причем показатель преломления сердцевины более чем на 1,5·10-3 ниже показателя преломления нелегированного кварцевого стекла, показатель преломления оболочки более чем на 4,5·10-3 ниже показателя преломления нелегированного кварцевого стекла, а разница показателей преломления сердцевины и оболочки не менее 3·10-3. При этом смесь исходных газообразных реагентов содержит реагенты, позволяющие синтезировать кварцевое стекло, легированное фтором. Предпочтительным вариантом реализации способа является химическое осаждение кварцевого стекла на внутреннюю поверхность опорной трубы из кварцевого стекла (PCVD-процесс). При этом стекло опорной трубы становится внешней оболочкой световода, в то время как внутренняя оболочка образована химически осажденным стеклом. Суть способа такая же, что и у предыдущего аналога: при легировании кварцевого стекла фтором в процессе синтеза стекла заготовки подавляется вхождение в сетку стекла атомов хлора (атомы более химически активного фтора замещают атомы хлора), поэтому из-за малого количества хлора в сетке стекла сердцевины минимизируется РНП-1. Кроме того, в световоде из-за наличия фтора в стекле подавлено РНП-3. В результате волоконный световод обладает повышенной радиационной стойкостью.Closer to the method of manufacturing the inventive fiber can be recognized as a method of manufacturing a radiation-resistant fiber based on quartz glass doped with fluorine, presented in the descriptions of US patent 7689093 B2 "Fluorine-Doped Optical Fiber", publ. 03/30/2010,
Недостатком этого близкого аналога является тот факт, что примесь фтора в сердцевине снижает ее показатель преломления, из-за чего при наличии внешней оболочки ухудшаются световедущие свойства такого волоконного световода по сравнению с волоконным световодом, у которого сердцевина выполнена из нелегированного кварцевого стекла. В частности, в таком волоконном световоде с сердцевиной из кварцевого стекла, легированного фтором, могут возникать оптические потери при его изгибе. Другим недостатком является тот факт, что РНП-2 в световоде с сердцевиной и оболочкой из кварцевого стекла, легированного фтором, подавлено не полностью.A drawback of this close analogue is the fact that an admixture of fluorine in the core decreases its refractive index, which, due to the presence of an outer cladding, deteriorates the light-guiding properties of such a fiber as compared with a fiber whose core is made of undoped quartz glass. In particular, in such a fiber waveguide with a fluorine-doped silica glass core, optical losses can occur when it is bent. Another disadvantage is the fact that RNP-2 in a fiber with a core and a sheath made of quartz glass doped with fluorine is not completely suppressed.
Что касается аналогов способа повышения радиационной стойкости волоконного световода, то из зарубежных патентных публикаций известен способ повышения радиационной стойкости волоконного световода на основе кварцевого стекла с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла, состоящий в том, что волоконный световод насыщают молекулярным водородом и облучают гамма-излучением (патент США 5267343 «Enhanced radiation resistant fiber optics», опубл. 30.11.1993 г., МПК G02B 6/00, G02B 6/02, C03C 25/60; C03C 25/62). Суть способа в том, что в процессе гамма-облучения атомы водорода входят в сетку стекла на месте предшественников РЦО (нерегулярных химических связей в сетке стекла, на месте которых возникают РЦО под действием излучения) и тем самым их подавляют. После гамма-облучения волоконного световода в присутствии молекул водорода сетка стекла больше не содержит предшественников РЦО, ответственных за РНП-1 и РНП-2. Поэтому волоконный световод приобретает свойство повышенной радиационной стойкости.As for the analogues of the method for increasing the radiation resistance of a fiber waveguide, from foreign patent publications there is known a method for increasing the radiation resistance of a silica glass fiber with an undoped quartz glass core, which consists in saturating the fiber with molecular hydrogen and irradiating with gamma radiation (patent USA 5267343 "Enhanced radiation resistant fiber optics", published on November 30, 1993,
Недостаток данного способа в том, что при его применении не подавляются предшественники РНП-3. Также недостатком данного способа является тот факт, что при его применении из-за поглощения гидроксильных групп OH, возникающих в сетке стекла волоконного световода из-за присутствия водорода, увеличиваются оптические потери в ближнем ИК-диапазоне. Поэтому данный способ эффективен для волоконных световодов, использующихся только в видимом спектральном диапазоне, но не применим для волоконных световодов, предназначенных для работы в ближнем ИК-диапазоне.The disadvantage of this method is that its use does not suppress the precursors of RNP-3. Another disadvantage of this method is the fact that when it is used due to the absorption of OH hydroxyl groups arising in the glass fiber network of the fiber due to the presence of hydrogen, optical losses in the near infrared range increase. Therefore, this method is effective for fiber optical fibers that are used only in the visible spectral range, but is not applicable for fiber optical fibers intended for operation in the near infrared range.
Также известен более близкий способ повышения радиационной стойкости волоконного световода, содержащего сердцевину и оболочку на основе кварцевого стекла, а также герметичное защитное покрытие, нанесенное поверх оболочки, и содержащего молекулы водорода и/или дейтерия в больших концентрациях, обеспечивающих повышенную радиационную стойкость волоконного световода, а также способ изготовления такого волоконного световода, включающий вытягивание световода из заготовки, нанесение на него в процессе вытягивания герметичного покрытия и последующее помещение в газовую атмосферу водорода и/или дейтерия при высоких давлениях и температурах (см. патент РФ №2222032 «ВОЛОКОННЫЙ СВЕТОВОД (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ», опубл. 27.04.2002 г., МПК G02B 6/16, C03C 25/60, C03B 37/01). Суть изобретения в том, что молекулы водорода Н2 и/или дейтерия D2 диффундируют через герметичное покрытие в стекло волоконного световода и на долгое время остаются в стекле волоконного световода после извлечения его из газовой атмосферы. Когда волоконный световод оказывается под действием ионизирующего и/или ядерного излучения атомы водорода и/или дейтерия входят в сетку стекла волоконного световода в местах, разорванных излучением химических связей, тем самым устраняя РЦО, ответственные за РНП-1 и РНП-2. Поэтому волоконный световод обладает свойством повышенной радиационной стойкости.A more close method is also known for increasing the radiation resistance of a fiber containing a core and a cladding based on silica glass, as well as a sealed protective coating deposited on top of the cladding, and containing hydrogen and / or deuterium molecules in high concentrations, providing increased radiation resistance of the fiber, also a method of manufacturing such a fiber, including pulling the fiber from the workpiece, applying to it in the process of drawing a sealed coating and subsequent placement of hydrogen and / or deuterium in a gaseous atmosphere at high pressures and temperatures (see RF patent No. 2222032 "FIBER FIBER (OPTIONS) AND METHOD FOR ITS PREPARATION", published on April 27, 2002,
Недостаток данного способа повышения радиационной стойкости состоит в том, что в световоде не уменьшается РНП-3. Также недостатком способа является тот факт, что из-за поглощения гидроксильных групп OH и/или OD-групп, возникающих соответственно из молекул водорода H2 и дейтерия D2 в сетке стекла под воздействием излучения, увеличиваются оптические потери в волоконном световоде в ближнем ИК-диапазоне. Поэтому данный способ эффективен для повышения радиационной стойкости волоконных световодов, использующихся только в видимом спектральном диапазоне, но не применим для обеспечения радиационной стойкости волоконных световодов, предназначенных для работы в ближнем ИК-диапазоне.The disadvantage of this method of increasing radiation resistance is that in the fiber is not reduced RNP-3. Another disadvantage of this method is the fact that due to the absorption of hydroxyl groups of OH and / or OD groups arising from hydrogen molecules H 2 and deuterium D 2 in the glass network under the influence of radiation, the optical losses in the optical fiber in the near-infrared region increase range. Therefore, this method is effective for increasing the radiation resistance of fiber optical fibers used only in the visible spectral range, but is not applicable for ensuring the radiation resistance of fiber optical fibers intended for operation in the near infrared range.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача предлагаемого изобретения заключалась в том, чтобы радиационно-стойкий волоконный световод, способ его изготовления и варианты способа повышения радиационной стойкости волоконного световода преодолели указанные недостатки известных близких аналогов, а именно в значительной степени подавили одновременно все три механизма РНП и тем самым обеспечили повышенную радиационную стойкость волоконного световода в ближнем ИК-диапазоне. Также необходимо было устранить и другие вышеуказанные недостатки аналогов.The objective of the invention was that the radiation-resistant fiber, the method of its manufacture and the variants of the method of increasing the radiation resistance of the fiber, overcome these disadvantages of the known close analogues, namely, they significantly suppressed all three mechanisms of RNP and thereby provide increased radiation resistance optical fiber in the near infrared range. It was also necessary to eliminate the other above-mentioned disadvantages of analogues.
Технический эффект достигается тем, что одной из особенностей предлагаемого радиационно-стойкого одномодового волоконного световода с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла, полученного при значительном избытке кислорода, является малое содержание хлора в стекле сердцевины. Авторами экспериментально установлено, что в предлагаемом световоде подавлены все три механизма РНП и поэтому обеспечена более высокая радиационная стойкость, чем у световода-аналога. При этом создание значительного избытка молярного расхода O2 над SiCl4 в смеси исходных газообразных реагентов при синтезе стекла сердцевины является единственным возможным способом изготовления такого волоконного световода. Устраняется и другой существенный недостаток световода-аналога: предлагаемый радиационно-стойкий световод является одномодовым в ближнем ИК-диапазоне, а световод-аналог нет.The technical effect is achieved in that one of the features of the proposed radiation-resistant single-mode fiber waveguide with an undoped silica glass core obtained with a significant excess of oxygen is the low chlorine content in the core glass. The authors experimentally established that in the proposed fiber all three RNP mechanisms were suppressed and therefore higher radiation resistance was ensured than that of the analog fiber. In this case, the creation of a significant excess of the molar flow rate of O 2 over SiCl 4 in the mixture of the initial gaseous reactants during the synthesis of the glass core is the only possible way to manufacture such a fiber waveguide. Another significant drawback of the analogue optical fiber is eliminated: the proposed radiation-resistant optical fiber is single-mode in the near infrared range, but the analogous optical fiber is not.
Авторами предлагаемого изобретения экспериментально установлено, что оптимизацией расходов реагентов при синтезе стекла сердцевины заготовки по методу химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, а именно обеспечением значительного избытка молярного расхода молекулярного кислорода O2 над молярным расходом тетрахлорида кремния SiCl4, удается создать заготовку одномодового волоконного световода с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла, в которой уменьшено содержание хлора, и поэтому в волоконном световоде подавлено РНП-1. Также экспериментально установлено, что при этом подавляются и все другие механизмы РНП (РНП-2 и РНП-3). Таким образом, при таком способе изготовления обеспечивается высокая радиационная стойкость волоконного световода, а за счет того, что сердцевина изготовляется из нелегированного кварцевого стекла, т.е. не содержит фтора, не происходит ухудшения световедущих свойств световода, в отличие от способов изготовления, являющихся аналогами.The authors of the present invention experimentally established that by optimizing the costs of the reagents in the synthesis of glass of the core of the workpiece by the method of chemical deposition of silica glass from a mixture of the initial gaseous reagents, namely by providing a significant excess of the molar flow rate of molecular oxygen O 2 over the molar flow rate of silicon tetrachloride SiCl 4 , it is possible to create a single-mode blank an optical fiber with a core of undoped silica glass, in which the chlorine content is reduced, and therefore fiber optic fiber suppressed RNP-1. It has also been experimentally established that all other RNP mechanisms (RNP-2 and RNP-3) are also suppressed. Thus, with this manufacturing method, the high radiation resistance of the fiber is ensured, and due to the fact that the core is made of undoped quartz glass, i.e. does not contain fluorine, there is no deterioration in the light-guiding properties of the fiber, in contrast to the manufacturing methods, which are analogues.
Авторами экспериментально установлено, что способ повышения радиационной стойкости световода, состоящий в том, что при синтезе сердцевины заготовки световода обеспечивается значительный избыток молярного расхода молекулярного кислорода O2 над молярным расходом тетрахлорида кремния SiCl4, применим как к световодам с нелегированной сердцевиной, так и сердцевиной, легированной фтором. В отличие от аналогов, наряду с подавлением всех известных механизмов РНП в ближнем ИК-диапазоне и поэтому обеспечением более высокой радиационной стойкости, предлагаемый способ повышения радиационной стойкости устраняет и другой недостаток аналогов, а именно: при применении предлагаемого способа не возникают оптические потери в световоде в ближнем ИК-диапазоне, вызванные поглощением OH- и OD-групп в сетке стекла.The authors experimentally established that the method of increasing the radiation resistance of the fiber, which consists in the fact that the synthesis of the core of the fiber preform provides a significant excess molar flow of molecular oxygen O 2 over the molar flow of silicon tetrachloride SiCl 4 , can be applied to fibers with an undoped core or core, doped with fluorine. Unlike analogs, along with the suppression of all known RNP mechanisms in the near infrared range and therefore providing higher radiation resistance, the proposed method of increasing radiation resistance eliminates another drawback of analogues, namely, when applying the proposed method, optical losses in the fiber in near infrared range caused by absorption of OH and OD groups in the glass network.
Также авторами установлено, что радиационная стойкость зависит и от технологических режимов синтеза оболочки заготовки. Для повышения радиационной стойкости световода необходимо синтезировать область оболочки, непосредственно примыкающую к сердцевине, обычным («прямым») осаждением кварцевого стекла, легированного фтором при подаче в исходную смесь SiCl4, SiF4 и O2. При этом достигается небольшое значение разницы показателей преломления сердцевины и оболочки (не более 0,006). Поэтому для улучшения световедущих свойств световода в периферийной области оболочки надо получить очень малый показатель преломления (разница показателей преломления с сердцевиной более 0,007). Для этого эту область оболочки следует осаждать с помощью пропитки пористого слоя SiO2 тетрафторидом кремния. Немаловажно, что в заявляемом способе изготовления волоконного световода для обеспечения высокой радиационной стойкости не требуется введение фтора в сердцевину и поэтому соответственно не допускается ухудшение световедущих свойств заявляемого световода.The authors also found that radiation resistance also depends on the technological modes of synthesis of the blank shell. To increase the radiation resistance of the fiber, it is necessary to synthesize the cladding region immediately adjacent to the core by the usual (“direct”) deposition of quartz glass doped with fluorine when SiCl 4 , SiF 4 and O 2 are fed into the initial mixture. In this case, a small value of the difference in the refractive indices of the core and shell is achieved (not more than 0.006). Therefore, to improve the light-guiding properties of the fiber in the peripheral region of the cladding, it is necessary to obtain a very small refractive index (the difference in refractive indices with the core is more than 0.007). For this, this region of the shell should be precipitated by impregnation of the porous SiO 2 layer with silicon tetrafluoride. It is important that in the inventive method of manufacturing a fiber optic fiber to ensure high radiation resistance does not require the introduction of fluorine into the core and therefore, accordingly, the light-transmitting properties of the inventive fiber are not degraded.
Таким образом, согласно первому независимому пункту формулы (аспекту) изобретения предусмотрен радиационно-стойкий волоконной световод, содержащий сердцевину и оболочку на основе кварцевого стекла и защитное покрытие, при этом сердцевина выполнена из нелегированного кварцевого стекла, длина волны отсечки первой высшей моды указанного световода не превышает 1,7 мкм, а содержание хлора в его сердцевине не превышает 0,01 весового процента.Thus, according to the first independent claim (aspect) of the invention, there is provided a radiation-resistant fiber waveguide comprising a silica glass core and cladding and a protective coating, wherein the core is made of undoped silica glass, the cut-off wavelength of the first highest mode of said fiber does not exceed 1.7 microns, and the chlorine content in its core does not exceed 0.01 weight percent.
Кроме того, в радиационно-стойком волоконном световоде согласно указанному аспекту содержание хлора в сердцевине превышает 1·10-5 весового процента, а амплитуда полосы поглощения гидроксильных OH-групп на длине волны 1,38 мкм в спектре оптических потерь световода не превышает 9 дБ/км. Оболочка заявляемого световода может состоять из внешней и внутренней оболочки или только внутренней оболочки. При этом внутренняя оболочка может быть изготовлена из кварцевого стекла, легированного фтором, и содержать кольцевую область, примыкающая к сердцевине, показатель преломления которой меньше показателя преломления сердцевины не более чем на 0,006. Целесообразно, чтобы при этом во внутренней оболочке имелась кольцевая область, показатель преломления которой меньше показателя преломления сердцевины более чем на 0,007. Радиационно-стойкий световод может быть микроструктурированным, или фотоннокристаллическим, или двулучепреломляющим.In addition, in the radiation-resistant fiber, according to the specified aspect, the chlorine content in the core exceeds 1 · 10 -5 weight percent, and the amplitude of the absorption band of hydroxyl OH groups at a wavelength of 1.38 μm in the optical loss spectrum of the fiber does not exceed 9 dB / km The sheath of the inventive fiber may consist of an outer and inner sheath or only the inner sheath. In this case, the inner shell can be made of quartz glass doped with fluorine and contain an annular region adjacent to the core, the refractive index of which is less than the refractive index of the core by no more than 0.006. It is advisable that in this case there is an annular region in the inner shell, the refractive index of which is less than the core refractive index by more than 0.007. The radiation-resistant fiber can be microstructured, or photonic crystal, or birefringent.
Согласно второму независимому аспекту изобретения предложен способ изготовления радиационно-стойкого волоконного световода на основе кварцевого стекла, включающий изготовление заготовки, содержащей сердцевину и оболочку, при помощи одного процесса химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, и последующее вытягивание из заготовки световода, причем синтез стекла сердцевины ведут из смеси тетрахлорида кремния и молекулярного кислорода и обеспечивают превышение молярного расхода молекулярного кислорода над молярным расходом тетрахлорида кремния по меньшей мере в 75 раз.According to a second independent aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing a radiation-resistant silica glass fiber based on a silica glass, the method comprising fabricating a preform containing a core and a sheath using a single process of chemical deposition of silica glass from a mixture of the starting gaseous reagents, and then drawing the fiber from the preform, glass core lead from a mixture of silicon tetrachloride and molecular oxygen and provide excess molar molecular isloroda above molar flow rate of silicon tetrachloride was at least 75 times.
При этом можно проводить химическое осаждение кварцевого стекла на внутреннюю поверхность опорной трубы из нелегированного или легированного фтором кварцевого стекла, которое является внешней оболочкой световода, которую, в частности, удаляют перед вытяжкой световода. Целесообразно синтезировать оболочку из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей тетрахлорид кремния, тетрафторид кремния и молекулярный кислород, при этом область оболочки, примыкающую к сердцевине, целесообразно синтезировать с помощью прямого осаждения кварцевого стекла, легированного фтором, а периферийную область оболочки - с помощью пропитки пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния.In this case, it is possible to carry out the chemical deposition of quartz glass on the inner surface of the support pipe from undoped or fluorine-doped silica glass, which is the outer sheath of the fiber, which, in particular, is removed before the fiber is drawn. It is advisable to synthesize the shell from a mixture of the initial gaseous reagents containing silicon tetrachloride, silicon tetrafluoride and molecular oxygen, while the region of the shell adjacent to the core, it is advisable to synthesize by direct deposition of quartz glass doped with fluorine, and the peripheral region of the shell by impregnation of the porous layer silica glass with silicon tetrafluoride.
Согласно третьему независимому аспекту изобретения предложен способ повышения радиационной стойкости волоконного световода на основе кварцевого стекла, содержащего сердцевину, оболочку и защитное покрытие, сердцевину заготовки которого изготавливают путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей тетрахлорид кремния и молекулярный кислород, причем в указанной смеси обеспечивают превышение молярного расхода молекулярного кислорода над молярным расходом тетрахлорида кремния по меньшей мере в 75 раз.According to a third independent aspect of the invention, there is provided a method for increasing the radiation resistance of a silica glass fiber containing a core, a sheath and a protective coating, the core of which is prepared by chemical deposition of silica glass from a mixture of the starting gaseous reactants containing silicon tetrachloride and molecular oxygen, moreover, mixtures provide an excess of the molar flow rate of molecular oxygen over the molar flow rate of silicon tetrachloride in enshey least 75 times.
Целесообразно при этом оболочку заготовки синтезировать тоже путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей, например, тетрахлорид кремния, тетрафторид кремния и молекулярный кислород. В этом случае область оболочки, примыкающую к сердцевине, полезно синтезировать с помощью прямого осаждения кварцевого стекла, легированного фтором, а периферийную область - с помощью пропитки пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния. Также целесообразно проводить осаждение сердцевины и оболочки на внутреннюю поверхность опорной трубы из нелегированного или легированного фтором кварцевого стекла.In this case, it is advisable to synthesize the blank shell by chemical precipitation of silica glass from a mixture of initial gaseous reactants containing, for example, silicon tetrachloride, silicon tetrafluoride and molecular oxygen. In this case, the cladding region adjacent to the core is useful for synthesizing by direct deposition of fluorine-doped silica glass and the peripheral region by impregnation of the porous silica glass layer with silicon tetrafluoride. It is also advisable to carry out the deposition of the core and shell on the inner surface of the support pipe from undoped or fluorine-doped silica glass.
Согласно четвертому независимому аспекту изобретения предложен способ повышения радиационной стойкости волоконного световода на основе кварцевого стекла, содержащего сердцевину, оболочку и защитное покрытие, сердцевину заготовки которого изготавливают путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей тетрахлорид кремния, молекулярный кислород и тетрафторид кремния, причем в указанной смеси обеспечивают превышение молярного расхода молекулярного кислорода над молярным расходом тетрахлорида кремния по меньшей мере в 70 раз.According to a fourth independent aspect of the invention, there is provided a method for increasing the radiation resistance of a silica glass fiber containing a core, a sheath and a protective coating, the core of which is made by chemically precipitating silica glass from a mixture of starting gaseous reactants containing silicon tetrachloride, molecular oxygen and silicon tetrafluoride, moreover, in said mixture, the molar flow rate of molecular oxygen is exceeded over the molar flow rate t trahlorida silicon is at least 70 times.
Целесообразно при этом оболочку заготовки тоже синтезировать путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей, например, тетрахлорид кремния, тетрафторид кремния и молекулярный кислород. В этом случае область оболочки, примыкающую к сердцевине, полезно синтезировать с помощью прямого осаждения кварцевого стекла, легированного фтором, а периферийную область - с помощью пропитки пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния. Также целесообразно проводить осаждение сердцевины и оболочки на внутреннюю поверхность опорной трубы из нелегированного или легированного фтором кварцевого стекла. Также возможно в смесь исходных газообразных реагентов при синтезе сердцевины добавлять фреон 113.In this case, it is also advisable to synthesize the blank shell by chemical precipitation of silica glass from a mixture of initial gaseous reactants containing, for example, silicon tetrachloride, silicon tetrafluoride and molecular oxygen. In this case, the cladding region adjacent to the core is useful for synthesizing by direct deposition of fluorine-doped silica glass and the peripheral region by impregnation of the porous silica glass layer with silicon tetrafluoride. It is also advisable to carry out the deposition of the core and shell on the inner surface of the support pipe from undoped or fluorine-doped silica glass. It is also possible to add Freon 113 to the mixture of the starting gaseous reagents during core synthesis.
Согласно пятому независимому аспекту изобретения предложен способ повышения радиационной стойкости волоконного световода на основе кварцевого стекла, содержащего сердцевину, оболочку и защитное покрытие, сердцевину заготовки которого изготавливают путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей тетрахлорид кремния, молекулярный кислород и фреон 113, причем в указанной смеси обеспечивают превышение молярного расхода молекулярного кислорода над молярным расходом тетрахлорида кремния по меньшей мере в 70 раз.According to a fifth independent aspect of the invention, there is provided a method for increasing the radiation resistance of a silica glass fiber containing a core, a sheath and a protective coating, the core of which is prepared by chemical deposition of silica glass from a mixture of starting gaseous reagents containing silicon tetrachloride, molecular oxygen and freon 113, moreover, in the specified mixture provide an excess of the molar flow rate of molecular oxygen over the molar flow rate of tetrachloride cream Ia is at least 70 times.
Целесообразно при этом оболочку заготовки синтезировать путем химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, содержащей, например, тетрахлорид кремния, тетрафторид кремния и молекулярный кислород. В этом случае область оболочки, примыкающую к сердцевине, полезно синтезировать с помощью прямого осаждения кварцевого стекла, легированного фтором, а периферийную область - с помощью пропитки пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния. Также целесообразно проводить осаждение сердцевины и оболочки на внутреннюю поверхность опорной трубы из нелегированного или легированного фтором кварцевого стекла. Также возможно в смесь исходных газообразных реагентов при синтезе сердцевины добавлять тетрафторид кремния.In this case, it is advisable to synthesize the blank shell by chemical precipitation of silica glass from a mixture of initial gaseous reactants containing, for example, silicon tetrachloride, silicon tetrafluoride and molecular oxygen. In this case, the cladding region adjacent to the core is useful for synthesizing by direct deposition of fluorine-doped silica glass and the peripheral region by impregnation of the porous silica glass layer with silicon tetrafluoride. It is also advisable to carry out the deposition of the core and shell on the inner surface of the support pipe from undoped or fluorine-doped silica glass. It is also possible to add silicon tetrafluoride to the mixture of the starting gaseous reagents during core synthesis.
Таким образом, заявляемый радиационно-стойкий световод, способ его изготовления и варианты способа повышения радиационной стойкости световода преодолевают недостатки выявленных аналогов.Thus, the claimed radiation-resistant fiber, the method of its manufacture and variants of the method of increasing the radiation resistance of the fiber overcome the disadvantages of the identified analogues.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлено продольное сечение заявляемого световода.Figure 1 presents a longitudinal section of the inventive fiber.
На фиг.2 схематично представлены профили показателя преломления световодов, описываемых в примере осуществления, включая заявляемый световод.Figure 2 schematically shows the profiles of the refractive index of the optical fibers described in the embodiment, including the inventive optical fiber.
На фиг.3 представлен спектр начальных (измеренных до гамма-облучения) оптических потерь в заявляемом радиационно-стойком световоде.Figure 3 presents the spectrum of the initial (measured before gamma radiation) optical loss in the inventive radiation-resistant fiber.
На фиг.4 представлено РНП на длине волны 1,31 мкм, а на фиг.5 - РНП на длине волны 1,55 мкм, измеренное в опытном образце световода, изготовленном согласно настоящему изобретению, и в пяти других световодах, изготовленных и исследованных с целью сравнения, в процессе гамма-облучения световодов в течение 180 минут и их релаксации в течение 30 минут после прекращения облучения.Figure 4 shows the RNP at a wavelength of 1.31 μm, and figure 5 - the RNP at a wavelength of 1.55 μm, measured in a prototype fiber made according to the present invention, and five other fibers made and studied with the purpose of comparison, in the process of gamma irradiation of optical fibers for 180 minutes and their relaxation for 30 minutes after the termination of irradiation.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1 позициями обозначены: 1 - сердцевина, 2 - внутренняя оболочка, синтезированная из смеси исходных газообразных реагентов, 3 - внешняя оболочка, образованная материалом опорной трубы, 4 - защитное покрытие. Показан также диаметр внешней оболочки d. Таким образом, оболочка состоит из внутренней оболочки 2 и внешней оболочки 3. Внешняя оболочка 3 может отсутствовать, если осаждение внутренней оболочки 2 проводилось не на внутреннюю поверхность опорной трубы, или если внешняя оболочка 3 была удалена перед вытягиванием световода. В этом случае под оболочкой понимается только внутренняя оболочка 2.In figure 1, the positions indicated: 1 - core, 2 - the inner shell synthesized from a mixture of the source gaseous reagents, 3 - the outer shell formed by the material of the support pipe, 4 - a protective coating. The diameter of the outer shell d is also shown. Thus, the sheath consists of the
Пунктиром на фиг.1 и фиг.2а-в показана граница двух кольцевых областей с разным показателем преломления во внутренней оболочке 2. Наличие таких областей - возможный вариант реализации изобретения, причем позицией 5 обозначена кольцевая область внутренней оболочки 2, примыкающая к сердцевине 1, а позицией 6 - кольцевая область внутренней оболочки 2, не примыкающая к сердцевине 1, т.е. являющаяся периферийной.The dashed line in Fig. 1 and Fig. 2a-c shows the boundary of two annular regions with different refractive indices in the
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
По технологии MCVD, при которой сердцевину и внутреннюю оболочку заготовки синтезируют путем осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов на внутреннюю стенку опорной трубы из кварцевого стекла, изготовили шесть заготовок, из которых были затем вытянуты волоконные световоды А, Б, В, Г, Д и Е. Опытный образец световода Е был изготовлен согласно заявляемому способу изготовления и является примером заявляемого радиационно-стойкого волоконного световода. Стоит подчеркнуть, что сердцевина и внутренняя оболочка каждой из заготовок синтезировались в рамках одного и того же технологического процесса.According to the MCVD technology, in which the core and the inner shell of the preform are synthesized by depositing quartz glass from a mixture of the initial gaseous reagents on the inner wall of the support pipe from quartz glass, six preforms were made, from which fiber optic fibers A, B, C, D, D were then pulled and E. A prototype fiber E was manufactured according to the claimed manufacturing method and is an example of the inventive radiation-resistant fiber. It is worth emphasizing that the core and the inner shell of each of the preforms were synthesized within the same technological process.
Осаждение синтезированного стекла в MCVD-процессе осуществлялось на опорную трубу из нелегированного кварцевого стекла F300 фирмы "Heraeus" (образцы А, Б, Д, Е), либо опорную трубу из кварцевого стекла, легированного фтором, F520-28 фирмы "Heraeus" (образцы В, Г). Внешний диаметр опорных труб был 25 мм, а толщина их стенки 2 мм.The synthesized glass was deposited in the MCVD process on a support tube made of unalloyed quartz glass F300 from Heraeus (samples A, B, D, E) or a support tube made from quartz glass doped with fluorine, F520-28 from Heraeus (samples B, D). The outer diameter of the support tubes was 25 mm and their
Сначала на опорную трубу известным методом пропитки пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния (см. А.Н. Гурьянов, М.Ю. Салганский, В.Ф. Хопин, А.Ф. Косолапов, С.Д. Семенов. «Высокоапертурные световоды на основе кварцевого стекла, легированного фтором». Неорганические материалы, том 45, №7, с.887-891 (2009)) послойно наносилась внутренняя оболочка 2 из кварцевого стекла, легированного фтором, а затем сердцевина 1 из нелегированного кварцевого стекла (в случае образцов А, Д, Е), либо кварцевого стекла, легированного фтором (образцы Б, В, Г).First, on a support pipe by the known method of impregnating a porous layer of silica glass with silicon tetrafluoride (see A. N. Guryanov, M. Yu. Salgan, V. F. Khopin, A. F. Kosolapov, S. D. Semenov. “High-aperture optical fibers on based on quartz glass doped with fluorine. ”Inorganic materials, Vol. 45, No. 7, pp. 887-891 (2009)) layered layerwise an
При осаждении каждого отдельного слоя внутренней оболочки 2 сначала при движении горелки навстречу потоку смеси исходных газообразных реагентов при скорости 120 мм/мин осаждался пористый слой из нелегированного кварцевого стекла при подаче в опорную трубу тетрахлорида кремния и молекулярного кислорода (расход последнего 2500 мл/мин был постоянен при синтезе оболочки для всех образцов). После этого осуществлялось проплавление осажденного пористого слоя при движении горелки в направлении потока смеси исходных газообразных реагентов при той же скорости и при подаче в опорную трубу тетрафторида кремния (для всех образцов) и дополнительно молекулярного кислорода (в случае образцов А и Б). В результате этой технологической процедуры достигалось легирование кварцевого стекла фтором, так что показатель преломления синтезированной фторсиликатной внутренней оболочки 2 после схлопывания заготовки оказался примерно на 0,009 меньше показателя преломления нелегированного кварцевого стекла сердцевины. Областей 5 и 6 с различным показателем преломления во внутренней оболочке 2 не делали.During the deposition of each individual layer of the
После осаждения слоев стекла внутренней оболочки 2 осаждались два слоя стекла сердцевины 1. При этом в опорную трубу подавался тетрахлорид кремния и молекулярный кислород; для образца Б дополнительно подавался фреон 113 при расходе 2 мл/мин, а для образцов В и Г - тетрафторид кремния при расходе 155 и 445 мл/мин соответственно. Горелка двигалась сонаправленно с потоком реагентов при скорости 120 мм/мин. Осаждение кварцевого стекла при сонаправленном движении потока реагентов и горелки называется «прямым осаждением». В результате проведенного процесса у образцов Б, В и Г была синтезирована сердцевина 1 из кварцевого стекла, легированного фтором в разных концентрациях, а у образцов А, Д и Е была синтезирована сердцевина 1 из нелегированного кварцевого стекла (см. таблицу).After the layers of glass of the
В таблице указаны технологические режимы получения заготовки световода, изготовленной согласно данному изобретению, и пяти других заготовок световодов, изготовленных с целью сравнения, концентрации хлора и фтора в сердцевине заготовок, измеренные на электронном микроскопе с рентгеновским анализатором химического состава, и диаметры соответствующих световодов. Технологические режимы, указанные в таблице, наряду с данными в описании примера, позволяют воспроизвести заявляемые объекты изобретения.The table shows the technological modes of obtaining a fiber preform prepared according to this invention and five other fiber preforms made for comparison, the concentration of chlorine and fluorine in the core of the preforms, measured using an electron microscope with an X-ray analyzer of chemical composition, and the diameters of the respective fibers. The technological modes indicated in the table, along with the data in the description of the example, allow reproducing the claimed objects of the invention.
В столбцах таблицы указано следующее (слева направо): обозначения заготовок/световодов А, Б, В, Г, Д, Е, количество слоев q кварцевого стекла, легированного фтором, в оболочке 2, расход тетрахлорида кремния η(SiCl4) при осаждении пористого слоя оболочки 2, расход тетрафторида кремния η(SiF4) при проплавлении пористого слоя оболочки 2, расход молекулярного кислорода η(O2) при проплавлении пористого слоя оболочки 2, температура T1 проплавления пористого слоя оболочки 2, расход тетрахлорида кремния ξ(SiCl4) при синтезе слоев сердцевины 1, расход молекулярного кислорода ξ(O2) при синтезе слоев сердцевины 1, расход тетрафторида кремния ξ(SiF4) при синтезе слоев сердцевины 1, соотношение r молярных расходов молекулярного кислорода и тетрахлорида кремния при синтезе слоев сердцевины 1, температура T2 осаждения слоев сердцевины 1, концентрация фтора C(F) и хлора C(Cl) в сердцевине 1, измеренная в заготовках, и диаметр d световодов.The columns of the table indicate the following (from left to right): designations of blanks / optical fibers A, B, C, D, D, E, number of layers q of quartz glass doped with fluorine in
При осаждении сердцевины 1 от заготовки к заготовке изменяли отношение г молярного расхода молекулярного кислорода к молярному расходу тетрахлорида кремния (см. таблицу). Обычно используемое соотношение 37…56 использовали в случае образцов А, В, Г. У образца Д расход кислорода был намеренно занижен (r=20). Это привело к самому большому содержанию хлора в сердцевине 1 из всех образцов (C(Cl)=0,0230 вес.%). У образцов Б и Е расход кислорода был наибольшим (r=70 и 75 соответственно). В случае заявляемого световода Е это привело к заметному снижению концентрации хлора в сердцевине 1 (C(Cl)=0,0086 вес.%), которое оказалось наименьшим из всех образцов. Следовательно, заявляемый способ изготовления световода действительно позволяет подавить вхождение хлора в стекло. У образца Б снижения концентрации хлора не произошло, так как хлор дополнительно присутствовал во фреоне 113, который добавляли в смесь исходных газообразных реагентов. Надо отметить, что добавление тетрафторида кремния в смесь, как и следовало ожидать, тоже привело к подавлению вхождения хлора в стекло сердцевины 1 (образец Г, C(Cl)=0.0087 вес.%).When the
По завершении процесса осаждения стекла сердцевины 1 трубчатую стеклянную заготовку подвергали сжатию за один или два прохода горелки со скоростью ~15…30 мм/мин, при температуре внешней поверхности заготовки более 2200°C до визуально минимального диаметра внутреннего капилляра. После этого при температуре ~2200°C и скорости движения горелки несколько мм/мин, под действием сил поверхностного натяжения и в результате температурного понижения вязкости стекла происходило схлопывание трубчатой заготовки в сплошной стержень, чем и заканчивался процесс изготовления заготовки.Upon completion of the deposition process of the
Из заготовок вытянули световоды с нанесением в процессе вытяжки защитного полимерного покрытия 4. Скорость вытяжки была 40 м/мин, натяжение вытяжки - 65 г.The optical fibers were pulled from the blanks with the application of a
Световоды были одномодовые в ближнем ИК-диапазоне с длиной волны отсечки первой высшей моды не длиннее 1,65 мкм. Спектр оптических потерь в заявляемом световоде представлен на фиг.3. Оптические потери на наиболее актуальных длинах волн 1,31 и 1,55 мкм составили 0,35 и 0,34 дБ/км, что соответствует международному стандарту.The optical fibers were single-mode in the near-IR range with a cut-off wavelength of the first higher mode no longer than 1.65 μm. The spectrum of optical losses in the inventive fiber is shown in Fig.3. Optical losses at the most relevant wavelengths of 1.31 and 1.55 microns were 0.35 and 0.34 dB / km, which corresponds to the international standard.
Профиль показателя преломления заготовок и соответствующих световодов схематично показан сплошной линией на фиг.2а (для образцов А, Д и Е), на фиг.2б (для образца Б) и на фиг.2в (для образцов В и Г). Показатель преломления сердцевины 1 заявляемого радиационно-стойкого светевода Е был на 0,0002 ниже показателя преломления внешней оболочки 3, образованной в данном конкретном примере материалом опорной трубы F300. Однако в общем случае реализации заявляемого радиационно-стойкого световода показатель преломления сердцевины 1 может быть как больше, так и меньше показателя преломления внешней оболочки 3 или равен ему, что определяется в первую очередь свойствами кварцевого стекла в опорной трубе и наличием в ней легирующих добавок, таких как фтор.The refractive index profile of the preforms and corresponding optical fibers is schematically shown by the solid line in Fig. 2a (for samples A, D and E), in Fig. 2b (for sample B) and in Fig. 2c (for samples C and D). The refractive index of the
Авторами было также установлено что для согласования размера пятна моды заявляемого световода с размерами пятен стандартных световодов и дополнительного повышения радиационной стойкости заявляемого световода целесообразно изготовлять внутреннюю оболочку 2 из двух кольцевых областей 5 и 6 с разным показателем преломления. При этом целесообразно, чтобы показатель преломления кольцевой области 5 внутренней оболочки 2, непосредственно примыкающей к сердцевине 1, был ниже показателя преломления сердцевины 1 не более чем на 0,006. Эту кольцевую область 5 следует синтезировать прямым осаждением кварцевого стекла, легированного фтором, при добавлении в смесь исходных газообразных реагентов SiCl4, O2 и SiF4. При этом в периферийной кольцевой области 6 внутренней оболочки 2 показатель преломления должен быть ниже показателя преломления сердцевины 1, по меньшей мере, на 0,007 с тем, чтобы избежать изгибных потерь в световоде при сильном изгибе световода. Эту кольцевую область 6 следует синтезировать пропиткой пористого слоя кварцевого стекла тетрафторидом кремния.The authors also found that in order to match the spot size of the mode of the inventive fiber with the size of the stains of standard fibers and to further increase the radiation resistance of the inventive fiber, it is advisable to produce an
Световоды А, Б, В, Г, Д, Е облучали от источника гамма-излучения кобальт-60 в течение 180 минут при мощности дозы 0,75 Гр/с и при комнатной температуре до дозы 8,1 кГр и в процессе облучения измерили величину РНП. Через 180 минут облучение прекращалось, и в течение еще 30 минут измерялась РНП в отсутствие облучения.Optical fibers A, B, C, G, D, E were irradiated from a cobalt-60 gamma radiation source for 180 minutes at a dose rate of 0.75 Gy / s and at room temperature to a dose of 8.1 kGy, and the value was measured during irradiation RNP. After 180 minutes, irradiation was stopped, and RNP was measured for another 30 minutes in the absence of irradiation.
Как видно на фиг.4, подавление вхождения хлора в стекло в заявляемом изобретении приводит к подавлению РНП-1: в отличие от световода Д с большим содержанием хлора и поэтому ярко выраженным РНП-1 (монотонный рост РНП при увеличении дозы), а у заявляемого световода Е РНП-1 не наблюдался.As can be seen in figure 4, the suppression of the entry of chlorine into the glass in the claimed invention leads to the suppression of RNP-1: in contrast to the fiber D with a high chlorine content and therefore a pronounced RNP-1 (monotonous increase in RNP with increasing dose), and the claimed optical fiber E RNP-1 was not observed.
Заявляемые способы позволяют подавить и РНП-2. Это доказывается сравнением на фиг.4 и 5 кривых РНП для световода Г с сердцевиной 1 из кварцевого стекла, легированного фтором, и кривых РНП для заявляемого световода Е с нелегированной сердцевиной 1 из кварцевого стекла. Эти световоды содержат практически одинаковое малое количество хлора, однако РНП заметно больше у световода Г, чем у заявляемого световода Е (фиг.3). При этом по форме РНП у образца Г можно заключить, что оно обусловлено именно РНП-2, отличительной особенностью которого является немонотонная зависимость от дозы. Между тем у заявляемого световода Е признаки немонотонного хода РНП в зависимости от дозы практически не проявляются, следовательно РНП-2 у заявляемого световода подавлено практически полностью.The inventive methods allow to suppress RNP-2. This is proved by comparing in FIGS. 4 and 5 the RNP curves for a fiber G with a fluorine-doped
У заявляемого световода подавлено и РНП-3. Чтобы убедиться в этом, сделали следующее наблюдение: через 15 минут после завершения вышеуказанного облучения сравнили РНП в световодах А, Б, В, Г, Д, Е на длине волны 1,7 мкм, на которой определяющим механизмом является РНП-3. Оказалось, что у заявляемого световода Е так же, как и у световодов Б, В, Г с сердцевиной 1 из кварцевого стекла, легированного фтором, РНП составило около 3 дБ/км, у световода А - 6 дБ/км, у световода Д - 10 дБ/км. Следовательно, заявляемый способ позволяет подавить РПН-3 не хуже, чем способ, состоящий в легировании сердцевины 1 фтором.The claimed fiber is suppressed and RNP-3. To verify this, we made the following observation: 15 minutes after the completion of the above irradiation, the RNP was compared in fibers A, B, C, D, D, E at a wavelength of 1.7 μm, at which RNP-3 is the determining mechanism. It turned out that for the claimed fiber E, as well as for the fibers B, C, D with
Таким образом, у заявляемого световода подавлены все три механизма РНП (РНП-1, 2 и 3). Как следует из фиг.4 и 5, на обеих наиболее используемых для оптической связи длинах волн 1,31 и 1,55 мкм заявляемый световод Е демонстрирует наименьшее РНП из шести исследованных световодов А, Б, В, Г, Д, Е, т.е. наивысшую радиационную стойкость.Thus, the claimed fiber suppressed all three mechanisms of RNP (RNP-1, 2 and 3). As follows from figure 4 and 5, at both of the most used optical communication wavelengths of 1.31 and 1.55 μm, the inventive optical fiber E shows the smallest RNP of the six studied optical fibers A, B, C, G, D, E, t. e. highest radiation resistance.
В примере реализации близкого аналога по патенту США 7689093 В2 описан радиационно-стойкий световод, продемонстрировавший РНП ~9 дБ/км при дозе облучения ~8,1 кГр и мощности дозы 0,22 Гр/с (длина волны 1,31 мкм). Заявляемый световод Е показал при такой же дозе облучения почти такое же РНП (10 дБ/км, фиг.4), но, что важно, при мощности дозы в 3,4 раза большей (0,75 Гр/с). Известно, что у световодов с нелегированной сердцевиной и сердцевиной, легированной фтором, РНП сильно уменьшается с уменьшением мощности дозы. Поэтому при мощности дозы 0,22 Гр/с в заявляемом световоде РНП было бы значительно меньше, чем при мощности дозы 0,75 Гр/с и, следовательно, меньше, чем у указанного аналога. Таким образом, заявляемый световод превосходит по радиационной стойкости световод-аналог.In an example of the implementation of a close analogue to US Pat. The inventive light guide E showed at the same radiation dose almost the same RNP (10 dB / km, FIG. 4), but, importantly, when the dose rate was 3.4 times higher (0.75 Gy / s). It is known that in optical fibers with an undoped core and a core doped with fluorine, the RNP greatly decreases with decreasing dose rate. Therefore, with a dose rate of 0.22 Gy / s in the inventive fiber, the RNP would be significantly less than with a dose rate of 0.75 Gy / s and, therefore, less than that of the indicated analogue. Thus, the inventive fiber is superior in radiation resistance to the optical fiber-analogue.
Следует обратить внимание на РНП в световоде Б, также полученном при значительном избытке кислорода в смеси исходных реагентов (r=70), которая в этом случае содержала еще и фреон 113. В результате сердцевина была легирована фтором. Однако легко видеть, что относительно высокая радиационная стойкость световода Б обусловлена не примесью фтора в сердцевине (световоды В и Г содержали еще больше фтора, но при этом проявили меньшую радиационную стойкость, см. фиг.4, 5 и таблицу), а значительным избытком кислорода при синтезе сердцевины. Поэтому кроме способа изготовления радиационно-стойкого световода с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла также заявляются варианты способа повышения радиационной стойкости волоконного световода, изготовляемого с сердцевиной из нелегированного или легированного фтором кварцевого стекла.Attention should be paid to the RNP in fiber B, also obtained with a significant excess of oxygen in the mixture of the starting reagents (r = 70), which in this case also contained freon 113. As a result, the core was doped with fluorine. However, it is easy to see that the relatively high radiation resistance of fiber B is not due to an admixture of fluorine in the core (fibers B and D contained even more fluorine, but showed less radiation resistance, see Figs. 4, 5 and the table), but a significant excess of oxygen in the synthesis of the core. Therefore, in addition to a method of manufacturing a radiation-resistant fiber with a core of undoped silica glass, variants of a method for increasing the radiation resistance of a fiber fiber manufactured with a core of undoped or fluorine-doped silica glass are also claimed.
Заявляемый радиационно-стойкий непокойный световод, способ его изготовления и варианты способа повышения радиационной стойкости волоконного световода могут быть реализованы с помощью и других известных технологических процессов химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов, таких как FCVD, VAD, OVD, PCVD, SPCVD. При этом необходимо отметить, что технологический процесс FCVD, также состоящий в химическом осаждении кварцевого стекла на внутреннюю поверхность опорной трубы, является, по существу, всего лишь вариантом реализации процесса MCVD, отличающийся только способом нагрева опорной трубы (см. А.А. Malinin, A.S. Zlenko, L.G. Akhmetshin, S.L. Semjonov "Furnace chemical vapor deposition (FCVD) method for special optical fibers fabrication", Proc. SPIE, vol.7934, paper 793418 (2011)).The inventive radiation-resistant troubled fiber, the method of its manufacture and variants of the method of increasing the radiation resistance of a fiber can be implemented using other known technological processes for the chemical deposition of silica glass from a mixture of initial gaseous reagents, such as FCVD, VAD, OVD, PCVD, SPCVD. It should be noted that the FCVD process, also consisting in the chemical deposition of silica glass on the inner surface of the support pipe, is essentially just an embodiment of the MCVD process, differing only in the way the support pipe is heated (see A.A. Malinin, AS Zlenko, LG Akhmetshin, SL Semjonov "Furnace chemical vapor deposition (FCVD) method for special optical fibers fabrication", Proc. SPIE, vol. 7934, paper 793418 (2011)).
Радиационная стойкость заявляемого волоконного световода удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к радиационно-стойким волоконным световодам при их практических применениях. Например, заявляемый радиационно-стойкий волоконный световод может быть применен в Большом адронном коллайдере, где световод подвергается действию ядерного и ионизирующего излучения. Известно, что для этого применения требуется волоконный световод с оптическими потерями при дозе облучения 100 кГр не более 7 дБ/км при малой мощности дозы (менее 0,0003 Гр/с) на рабочей длине волны 1,31 мкм (см. Т. Wijnands, L.K. De Longe, J. Kuhnhenn, S.K. Hoeffgen, U. Weinand "Optical absorption in commercial single mode fibers in a high energy physics radiation field", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.55, pp.2216-2222 (2008)). Авторами был проведен дополнительный эксперимент, в котором заявляемый световод Е был облучен до дозы еще большей - 1.31 МГр (мощность дозы составила 0,73 Гр/с). Оптические потери в заявляемом радиационно-стойком волоконном световоде Е через 6 дней после такого облучения оказались всего 10 дБ/км. С учетом того, что облучение было проведено до дозы, более чем на порядок большей, чем доза при применении в Большом адронном коллайдере, и при многократно большей мощности дозы, можно сделать вывод, что в вышеуказанных условиях эксплуатации заявляемый радиационно-стойкий волоконный световод проявил бы многократно меньшее РНП. Таким образом, он удовлетворяет требованиям, предъявляемым к волоконному световоду, предназначенному для практического применения в Большом адронном коллайдере.The radiation resistance of the inventive fiber light guide meets modern requirements for radiation-resistant fiber light guides in their practical applications. For example, the inventive radiation-resistant fiber optic fiber can be used in the Large Hadron Collider, where the fiber is exposed to nuclear and ionizing radiation. It is known that this application requires an optical fiber with optical losses at an irradiation dose of 100 kGy of not more than 7 dB / km at a low dose rate (less than 0,0003 Gy / s) at a working wavelength of 1.31 μm (see T. Wijnands , LK De Longe, J. Kuhnhenn, SK Hoeffgen, U. Weinand "Optical absorption in commercial single mode fibers in a high energy physics radiation field", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 55, pp. 2216-2222 (2008) ) The authors conducted an additional experiment in which the inventive fiber E was irradiated to a dose even greater - 1.31 MGy (dose rate was 0.73 Gy / s). Optical losses in the inventive radiation-resistant fiber
Claims (32)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141980/28A RU2537523C1 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141980/28A RU2537523C1 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2537523C1 true RU2537523C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53287770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141980/28A RU2537523C1 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537523C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764038C1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-01-12 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for manufacturing radiation-resistant optical fibers |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1845398A1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-17 | Fujikura, Ltd. | Radiation resistant single-mode optical fiber and method of manufacturing thereof |
RU2337385C2 (en) * | 2005-09-19 | 2008-10-27 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Fiber light guide resistant to nuclear and/or ionising radiation (versions), microstructure fiber light guide resistant to nuclear and/or ionising radiation, and method for molecular hydrogen or deuterium concentration regulation in fiber light guide |
RU2469363C2 (en) * | 2009-04-08 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фиберус" | High birefringence, linear polarisation supporting radiation-resistant fibre-optic guide (versions) |
RU2472188C2 (en) * | 2010-04-02 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Radiation-proof light guide for fibre-optic gyroscope |
-
2013
- 2013-09-13 RU RU2013141980/28A patent/RU2537523C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2337385C2 (en) * | 2005-09-19 | 2008-10-27 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Fiber light guide resistant to nuclear and/or ionising radiation (versions), microstructure fiber light guide resistant to nuclear and/or ionising radiation, and method for molecular hydrogen or deuterium concentration regulation in fiber light guide |
EP1845398A1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-17 | Fujikura, Ltd. | Radiation resistant single-mode optical fiber and method of manufacturing thereof |
RU2469363C2 (en) * | 2009-04-08 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фиберус" | High birefringence, linear polarisation supporting radiation-resistant fibre-optic guide (versions) |
RU2472188C2 (en) * | 2010-04-02 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Radiation-proof light guide for fibre-optic gyroscope |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764038C1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-01-12 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for manufacturing radiation-resistant optical fibers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103217735B (en) | Optical fiber and fibre-optical preform | |
CA2630557C (en) | Single mode optical fiber with improved bend performance | |
US7440673B2 (en) | Radiation resistant single-mode optical fiber and method of manufacturing thereof | |
US5509101A (en) | Radiation resistant optical waveguide fiber and method of making same | |
JPH11513141A (en) | Optical waveguide fiber containing titania and germania | |
US4327965A (en) | Single mode fibre and method of manufacture | |
RU2576686C1 (en) | Mcvd method of making workpieces for single-mode light guides | |
RU2537523C1 (en) | Radiation-resistant fibre-optic guide, method for production thereof and method of improving radiation resistance of fibre-optic guide (versions) | |
JP5700699B2 (en) | Broadband low-loss optical fiber manufacturing method | |
US20240069272A1 (en) | Microstructured optical fiber and preform for same | |
DE102008049325B4 (en) | Method for producing a tubular semifinished product made of quartz glass and semi-finished products made of quartz glass | |
CN1792911A (en) | Low attenuation fibre-optical and mfg. process thereof | |
RU2462737C1 (en) | Method of making light guides based on low-optical loss quartz glass | |
Eronyan et al. | MCVD method for manufacturing polarization-maintaining and radiation resistant optical fiber with germanosilicate elliptical core | |
Bisyarin et al. | Radiation-induced loss of silica optical fibres with fluorine-doped cladding | |
CN114040894B (en) | Quartz optical fiber with hydrogen barrier layer and production method thereof | |
Eronyan et al. | Polarization-maintaining and radiation resistant optical fiber with germanosilicate elliptical core | |
Kosolapov et al. | Optical losses in as-prepared and gamma-irradiated microstructured silica-core optical fibers | |
Devet’yarov et al. | Radiation-Resistant Germanosilicate Multimode Fiber Light Guides | |
RU2764038C1 (en) | Method for manufacturing radiation-resistant optical fibers | |
Dukel’skiĭ et al. | Radiation-optical stability of single-mode W-type lightguides with depressed-index fluorosilicate cladding | |
RU2547032C1 (en) | Method of producing multimode low-dispersion light guides | |
Eron’yan et al. | Single-mode W-type optical fiber stable against bending and radiation | |
JP2002060238A (en) | Method for manufacturing quartz optical fiber | |
Chamorovskii et al. | N-doped-silica-core polarization maintaining fibre for gyros and other sensors for application in space industry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170914 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200911 |