CC BY
32вкво-2019 -- вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
ПОВЫШЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ АКТИВНОГО КВАРЦЕВОГО ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА
Цибиногина М.К.1,2*, Шарипов Я. М.1,3, Осипчук М.К.1,2, Джанджгава Н.Т.1,2, Пищальников К.Д.1, Гагарина К.И.2, Перетрухина И.А.1
1 Пермская научно-производственная приборостроительная компания, г. Пермь
2Пермский научно-исследовательский политехнический университет, г. Пермь 3Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь * E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16091
Как известно, на уровень "серых" оптических потерь в активных кварцевых волоконных световодах (ВС) в значительной степени влияет кристаллизация материала сердцевины [1], в то же время явление кристаллизации в поверхностных слоях ВС приводит и к снижению их прочности [2]. Повышение температуры вытяжки волокна может благоприятно сказаться в части ослабления указанных процессов кристаллизации.
Мощность и ширина спектра излучения усилителя волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) определяется степенью однородности распределения ионов редкоземельных элементов (эрбия) в материале сердцевины ВС. Для снижения уровня кластеризации ионов эрбия в матрицу стекла сердцевины вводят оксид алюминия, который обладает самым низким уровнем затухания [2], позволяя тем самым повышать температуру вытяжки [3]. Увеличение температуры вытягивания ВС также целесообразно для повышения их механической изгибоустойчивости [4,5], а дополнительное легирование сердцевины GeO2 увеличит оптическую изгибоустойчивость ВС в многовитковом контуре усилителя ВОГ.
Цель настоящей работы заключается в снижении уровня "серых" потерь и увеличении прочности активных ВС, применяемых в широкополосном источнике излучения ВОГ - усилителе спонтанной эмиссии.
Заготовки для вытягивания активных ВС изготавливали MCVD-хелатной технологией [6] на основе труб из кварцевого стекла марки Suprasil F-300. Сердцевина легирована 6 моль % Al2O3, 0,1 моль % Er2O3, 4 моль % GeO2. Вытягивание световодов производили с одновременным нанесением двухслойного акрилатного покрытия при температуре нагревателя печи вытяжной установки 1900 и 2000 оС.
Оптические потери измеряли на анализаторе оптического спектра AQ6370D фирмы Yokogawa с точностью ±0,2 дБ/км. Прочность световодов определяли методом разрыва с помощью разрывной машины AVE2 Extensometer фирмы Instron.
При увеличении температуры вытяжки волокна "серые" оптические потери ВС снизились с 6 до 5 дБ/км на длине волны 1200 нм, и исчезла низкопрочная ветвь статистики разрушения волокна (рис. 1).
100
«
s и
(D
S3
^
-а
н о о и
н «
о а
(D
m
75
50
25
I
2000 0С
19000С
5
Прочность, ГПа
Рис. 1. Статистика прочности ВС, полученных при температурах вытяжки 1900 0С и 2000 0С
182
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
0
6
вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о благотворном влиянии повышения температуры вытягивания активных эрбием ВС как на их оптические, так и на механические свойства.
Активный ВС, полученный при температуре 2000 0С, отличающийся низкими потерями и стабильной механической прочностью, испытан в составе широкополосного источника ВОГ в диапазоне температур от минус 50 до +60 0С. Ширина оптического спектра его излучения соответствовала требуемому значению - не менее 7,3 нм по уровню 0,5 выходной мощности во всем температурном диапазоне.
Авторы выражают признательность инженеру - технологу MCVD процесса М. Э. Алимбаеву и инженеру-технологу вытяжки световодов Димаковой Т. В. за проделанную работу.
Литература
1. Kirchhof J, et al, Proc. SPIE, 5723 (2005)
2. БурковВ. Д., ИвановГ А,Учеб.пособие Физико -технологические основы волоконно-оптической техники, М. ГОУ ВПО МГУЛ, 126-132 (2007)
3. Чампель С. и др., Фотон-экспресс-Тезисы докладов ВКВО 2015, 126,131-132(2015)
4. Ероньян М. А. и др., Физика и химия стекла, 32, 855-862(2006)
5. Цибиногина М. К. и др., Сборник трудов VIIМеждународной конференции "Прикладная оптика-2006", 4345 (2006)
6. Lenardich B., Informacije MIDEM40, 300-306 (2010)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
