RU2657323C1 - Способ изготовления фоторефрактивых световодов - Google Patents
Способ изготовления фоторефрактивых световодов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657323C1 RU2657323C1 RU2017102853A RU2017102853A RU2657323C1 RU 2657323 C1 RU2657323 C1 RU 2657323C1 RU 2017102853 A RU2017102853 A RU 2017102853A RU 2017102853 A RU2017102853 A RU 2017102853A RU 2657323 C1 RU2657323 C1 RU 2657323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- fiber
- manufacturing
- photorefractive
- fluorine
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229940119177 germanium dioxide Drugs 0.000 claims abstract description 4
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 7
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 abstract description 5
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXEOSTAFIDYVEF-UHFFFAOYSA-N [Si](O)(O)(O)O.[F] Chemical compound [Si](O)(O)(O)O.[F] KXEOSTAFIDYVEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N prop-2-enoyloxy prop-2-eneperoxoate Chemical compound C=CC(=O)OOOC(=O)C=C KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0003—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being doped with fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток (ВБР). В способе изготовления фоторефрактивных световодов MCVD для повышения фоточувствительности сердцевину легируют не менее 13 и не более 20 мол. % диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, а вытягивание волокна производят при температуре нагрева заготовки 2000-2050°С. Технический результат – повышение фоторефрактивных свойств фторгерманосиликатных волоконных световодов. 3 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов (ВС) с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток (ВБР).
Одним из наиболее распространенных способов изготовления кварцевых фоторефрактивных ВС является модифицированный метод химического парофазного осаждения (MCVD) стеклообразных слоев оболочки и сердцевины на внутреннюю поверхность трубки из кварцевого стекла с последующим высокотемпературным сжатием трубки в штабик-заготовку. Фоточувствительность световодов обеспечивается повышенным содержанием в сердцевине GeO2 (более 10 мол. %) и восстановительной атмосферой внутри трубки в процессе ее сжатия.
Однако такая технология фоторефрактивных ВС имеет ряд недостатков:
- в процессе высокотемпературного сжатия заготовки в ее сердцевине образуются пузыри из-за высокого равновесного давления GeO,
- повышенное содержание GeO2 в сердцевине одномодовых ВС предопределяет ее малый диаметр, создавая проблемы при стыковке со стандартными световодами,
- слабая фоторефрактивность таких ВС создает технологические проблемы при формировании в них брегговских решеток.
Для устранения этих недостатков германосиликатных ВС в сердцевину дополнительно вводят бор, а высокотемпературное сжатие заготовки производят в окислительных условиях (Патент US №6229945, опубл. 08.05.2001, МПК: С03С 13/04, С03В 19/14, С03С 4/04).
Недостатком этого способа изготовления фоторефрактивных ВС является высокий уровень оптических потерь (более 100 дБ⎪км) на длине волны 1550 нм, соответствующей спектральной области особой прозрачности кварцевого стекла. Такое ослабление излучения обусловлено его поглощением колебаниями атомов В-О в сетке стекла.
Наиболее близкий к предлагаемому техническому решению способ изготовления ВС, принятый нами за прототип (Патент US №6993241 «Волоконно-оптические Брегговские решетки», опубл. 13.01.2006, МПК G02B 6/00, С03С 25/62, С03С 13/04), заключается в изготовлении MCVD методом заготовки ВС на основе кварцевого стекла с введением в сердцевину не менее 6 мол. % GeO2 и не менее 0,9 масс. % фтора с последующим вытягиванием волокна. Такой фоторефрактивный световод на длине волны 1550 нм обладает существенно меньшими оптическими потерями по сравнению с ВС, легированным бором.
Недостаток этого метода заключается в том, что специфика структурных преобразований фторгерманосиликатного стекла, определяющая его фоторефрактивные свойства, существенно зависит от условий вытягивания волокна. Однако параметры этого процесса не оптимизированы в части выбора состава сердцевины и температуры вытягивания ВС.
Задача настоящего изобретения состоит в повышении фоторефрактивных свойств фторгерманосиликатных ВС.
Технический результат достигается путем оптимизации состава сердцевины и температуры вытягивания ВС.
Поставленная задача решается новым способом, включающем изготовление MCVD методом заготовки на основе кварцевого стекла с сердцевиной, легированной диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, в котором, в отличие от прототипа, содержание GeO2 в сердцевине не менее 13 и не более 20 мол. %, а вытягивание волокна производят при нагреве заготовки до 2000-2050°С.
При содержании GeO2 в сердцевине менее 13 мол. % увеличиваются оптические потери при изгибе волокна и снижается фоточувствительность ВС, а при содержании более 20 мол. % резко растут оптические потери на малоугловое рассеяние. Введение в стекло сердцевины фтора более 2,2 масс. % невозможно, так как требует создания давления газообразного SiF4 более 1 атм при осаждении слоев фторгерманосиликатного стекла сердцевины.
Диапазон температур нагрева заготовки при вытягивании ВС соответствует максимальному фоторефрактивному эффекту. Вытяжка волокна при температуре менее 2000°С приводит к резкому снижению прочности световодов, а превышение верхнего температурного предела существенно снижает их фоторефракцию. Для таких световодов показатель преломления сердцевины зависит от температуры вытягивания, что существенно влияет на длину отсечки высшей моды одномодовых световодов, определяя тем самым необходимость узкого диапазона температур нагрева заготовки при вытягивании волокна.
Совокупность изложенных признаков и анализ отличий от прототипа по существующему уровню техники позволяет сделать вывод о «новизне» и «изобретательском уровне» нового способа.
Для подтверждения обоснованности нового технического решения изготовлены и испытаны ВС следующим образом.
Пример 1. На основе трубки из кварцевого стекла марки F 300 методом MCVD получена заготовка для одномодового ВС в виде стержня длиной 600 мм и диаметром ≈12 мм с сердцевиной диаметром ≈0,5 мм из кварцевого стекла, содержащего 13 мол. % GeO2 и 1 масс. % фтора и окружающей сердцевину изолирующей оболочкой диаметром ≈6 мм, легированной 0,2 масс. % фтора и 1,5 мол. % Р2О5. Содержание фосфора и фтора определяли на сканирующем электронном микроскопе Quanta 200 в комплекте с рентгеновским микроанализатором EDAX. Содержание GeO2 оценивали на основании измерения радиального профиля показателя преломления (ПП) в заготовке, с учетом его уменьшения фтором, используя коэффициенты рефракции - 0.005/масс. % F и 0.0015/мол. % GeO2. Разность ПП сердцевины и оболочки составляла 0.015, при этом фтор по расчетам снижал ПП на 0.005.
Из заготовки вытягивали волокно диаметром 125 мкм при 4-х разных температурах со скоростью 60 м/мин и одновременно наносили УФ отверждаемое эпоксиакрилатное покрытие толщиной ≈45 мкм.
Запись ВБР производили УФ излучением KrF эксимерной лазерной системы (длина волны излучения ≈248 нм) Optosystems CL-7550 с использованием интерферометра Тальбота. При формировании решетки длиной 5 мм плотность энергии импульса на световод составляла 70 мДж/см2, частота следования ≈10 Гц, время экспозиции одна минута.
Результаты измерений, представленные в Таблице 1, свидетельствуют о том, что температура вытягивания одномодовых ВС существенно влияет на эффективность записи ВБР, которая оценивается количественно коэффициентом отражения в процентах на длине волны 1550 нм.
Пример 2. Заготовки световодов изготовлены в соответствии с описанием примера 1, но отличались содержанием фтора и GeO2 в сердцевине, а также и ее диаметром, определяющим одномодовый режим распространения излучения на длине волны 1550 нм. Разность ПП сердцевины и оболочки была на уровне 0,023.
Световоды вытягивали при оптимальной температуре, равной 2000°С. Результаты измерения коэффициентов отражения ВБР, свидетельствует о том, что повышение содержания фтора и германия в сердцевине ВС по сравнению с примером №1 приводит к усилению фоточувствительности стекла (Таблица 2).
Пример 3 выполнен в качестве контрольного эксперимента. Заготовки ВС изготовлены в соответствии с описанием примера 1, но отличались содержанием фтора и GeO2 в сердцевине и ее диаметром, определяющим одномодовый режим распространения излучения на длине волны 1550 нм. Световоды вытягивали при оптимальной температуре, равной 2000°С.
Результаты по измерению коэффициентов отражения ВБР, свидетельствует о том, что снижение содержания фтора и германия в сердцевине ВС по сравнению с примером 1 приводит к ослаблению фоточувствительности стекла (Таблица 3).
Изложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость способа изготовления кварцевых фоторефрактивных волоконных световодов с достижением заявленного технического результата.
Claims (1)
- Способ изготовления фоторефрактивных световодов, включающий изготовление MCVD методом заготовки на основе кварцевого стекла с сердцевиной, легированной диоксидом германия и 1-2,2 масс. % фтора, и последующее вытягивание волоконных световодов, отличающийся тем, что легирование сердцевины диоксидом германия осуществляют в количестве от 13 до 20 мол. %, а вытягивание волоконных световодов производят при температуре нагрева заготовки 2000-2050°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102853A RU2657323C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Способ изготовления фоторефрактивых световодов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102853A RU2657323C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Способ изготовления фоторефрактивых световодов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2657323C1 true RU2657323C1 (ru) | 2018-06-13 |
Family
ID=62619925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017102853A RU2657323C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Способ изготовления фоторефрактивых световодов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2657323C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1685058A1 (ru) * | 1989-10-11 | 1999-12-10 | М.А. Ероньян | Способ изготовления одномодовых световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
RU2155359C2 (ru) * | 1998-07-30 | 2000-08-27 | Ероньян Виктор Артемьевич | Способ изготовления волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
US6442313B2 (en) * | 1997-09-11 | 2002-08-27 | Fujikura Ltd. | Optical fiber grating and manufacturing method thereof |
RU2576686C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2016-03-10 | Михаил Артемьевич Ероньян | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов |
-
2017
- 2017-01-27 RU RU2017102853A patent/RU2657323C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1685058A1 (ru) * | 1989-10-11 | 1999-12-10 | М.А. Ероньян | Способ изготовления одномодовых световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
US6442313B2 (en) * | 1997-09-11 | 2002-08-27 | Fujikura Ltd. | Optical fiber grating and manufacturing method thereof |
RU2155359C2 (ru) * | 1998-07-30 | 2000-08-27 | Ероньян Виктор Артемьевич | Способ изготовления волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
RU2576686C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2016-03-10 | Михаил Артемьевич Ероньян | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2706849C2 (ru) | Оптическое волокно с высоким содержанием хлора и малым коэффициентом затухания | |
JP5831189B2 (ja) | 光ファイバおよび光伝送システム | |
CN107710041B (zh) | 具有应力消除层的低衰减光纤、其预成形件及其制造方法 | |
CN111372899B (zh) | 纤芯共掺杂了两种或更多种卤素的低损耗光纤 | |
CN113009619A (zh) | 具有氟和氯共掺杂芯区域的低损耗光纤 | |
JP2017510832A (ja) | マルチモード光ファイバの設計及び製造 | |
KR20060048604A (ko) | 광섬유의 제조방법 | |
US20170219770A1 (en) | Low attenuation fiber with viscosity matched core and inner clad | |
RU2576686C1 (ru) | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов | |
US6307994B1 (en) | Multi-cladding optical fiber, long-period optical fiber grating written therein and writing method thereof | |
RU2657323C1 (ru) | Способ изготовления фоторефрактивых световодов | |
WO2013140688A1 (ja) | 光ファイバの製造方法 | |
JP6916235B2 (ja) | 光ファイバの製造方法 | |
CA3070060A1 (en) | Optical fiber draw assembly and fabricated optical fiber thereof | |
US20130302001A1 (en) | Low-loss optical fiber over wide wavelength range and method of manufacturing the same | |
Dukel’skiĭ et al. | Minimizing the optical losses in anisotropic single-mode lightguides with elliptical boron germanosilicate cladding | |
CN114040894B (zh) | 具有氢阻障层的石英光纤及其生产方法 | |
US9025922B2 (en) | Optical fiber and method for manufacturing silica glass | |
RU2462737C1 (ru) | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями | |
KR20110134329A (ko) | 수산기 함량과 굴곡손실 특성이 개선된 광섬유 모재 및 광섬유와 그 제조방법 | |
CN112469676B (zh) | 光纤 | |
RU2511023C1 (ru) | Способ изготовления анизотропных одномодовых волоконных световодов | |
Kulesh et al. | Reducing optical losses in high strength quartz light guides | |
JP6175467B2 (ja) | 光ファイバ母材製造方法、光ファイバ母材及び光ファイバ | |
Eron’yan et al. | Photorefractivity of germanosilicate light guides |