Физические процессы, определяющие надежность микроструктурированных волоконных световодов

• Автор: Косолапов, Алексей Федорович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил.

ГЛАВА I. МЕХАНИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ И ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПАРАМЕТРЫ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ
(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
§ 1 Л. Механические свойства волоконных световодов
§ 1.2. Радиационная стойкость волоконных световодов
§ 1.3. Воздействие водорода на оптические свойства волоконных
световодов
ГЛАВА II. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СВЕТОВОДОВ
§ 2.1. Исследуемые образцы и методика эксперимента
§ 2.2. Влияние технологических режимов изготовления на механическую
прочность МС-световодов
§ 2.3. Воздействие различных веществ заполняющих отверстия МСсветоводов на их механическую прочность и статическую усталость
§ 2.4. Деградация незащищенных сколов МС-световодов
ГЛАВА III. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА
МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ
§ 3.1. Начальные оптические потери МС-световодов с сердцевиной из
кварцевого стекла КУ
§ 3.2. Радиационно-наведенные оптические потери МС-световодов с
сердцевиной из кварцевого стекла КУ
§ 3.3. Повышение радиационной стойкости МС-световодов
ГЛАВА IV. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
§ 4.1. Диффузия водорода сквозь углеродное покрытие при повышенных
температурах
§ 4.2. Влияние со-легирования оксидом фосфора на оптические потери в
световодах в атмосфере водорода
§ 4.3. Воздействие водорода на оптические потери волоконных световодов с
различным составом сердцевины при температурах ~300° С
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Микроструктурированные (МС) световоды это волоконные световоды новой архитектуры, которые активно разрабатываются и исследуются в последнее десятилетие. Все возрастающий интерес к этому типу световодов вызван рядом уникальных свойств последних [1, 2]. Это возможность управлять хроматической дисперсией в широких пределах [3, 4], возможность создания световода с высокой степенью локализации излучения [5, 6] или же наоборот световода с большой площадью моды [7] (при сохранении одномодового режима), возможность передачи излучения по полой сердцевине [8].
Все многообразие разработанных к настоящему времени МС-волокон (фотонно-кристаллических волокон, дырчатых световодов) можно разделить на два основных класса:
1 - Световоды, удержание излучения в сердцевине которых, достигается за счет эффекта полного внутреннего отражения; и
2 - Световоды работающие за счет существования фотонной запрещенной зоны в оболочке световода [9].
Главное отличие МС-световодов заключается в возможности варьировать разницу показателей преломления (Ап) сердцевины и оболочки в очень широких пределах. В случае МС-волокна из кварцевого стекла можно получить О < Ап < 0.45 (пвоздух=1, пкварцевоестскл0=1.45).
Таким образом, специально сконструированные МС-световоды могут обладать существенно большей числовой апертурой по сравнению с классическими световодами. Высокоапертурные световоды необходимы для ввода в волокно максимально возможной оптической мощности, например для создания мощных волоконных лазеров, основанных на световодах с двойной оболочкой. Максимально возможная разница показателей преломления сердцевины и оболочки которая может быть достигнута

легированием кварцевого стекла составляет примерно несколько сотых едениц, например в стандартных многомодовых световодах числовая апертура равна 0.2. В специальных кварц-полимерных световодах с Ап ~ 0.05 можно получить значение числовой апертуры, на коротких отрезках световода, равное 0.4. В тоже время, числовая апертура МС-световода может достигать значений вплоть до 1 [10].
Еще одно преимущество МС-световодов заключается в возможности эффективного управления степенью локализации излучения, которое осуществляется за счет изменения процентного содержания воздуха в отражающей оболочке [11]. Высокая эффективная разница показателей преломления сердцевины и оболочки МС-волокна позволяет достичь радикального увеличения эффективности целого ряда нелинейных оптических явлений, таких как: фазовая кросс- и само-модуляция [12], четырехволновое смешение [13, 14], генерация третьей гармоники [15, 16] и вынужденное комбинационное рассеяние света [14]. Кроме того, изменяя геометрию поперечного сечения световода можно эффективно управлять дисперсионными характеристиками световода, длиной волны нулевой дисперсии и наклоном дисперсионной кривой. Как известно, ноль хроматической дисперсии для чистого кварцевого стекла расположен в районе 1300 нм. В МС-волокнах с большим коэффициентом заполнения, и малой площадью моды можно сместить точку нулевой дисперсии в сторону коротких длин волн вплоть до видимого диапазона [17].
В ряде применений оптических волокон, в частности в телекоммуникации, всякого рода нелинейно-оптические явления крайне негативны. Для того чтобы уменьшить действие нелинейных явлений необходимо увеличивать эффективную площадь моды. Световоды с относительно большой площадью моды могут быть сделаны и классическими методами (MCVD, PCVD, POD, OVD и т.п.) путем уменьшения числовой апертуры и увеличения размера сердцевины. Однако минимальная числовая апертура, которая может быть достигнута, ограничена
радиационно-наведенные оптические потери, дБм

Ог + у —* О + О
=81-0-81= + у —» =81-0» + *81=
=8и + 0—> =81-0*
=81-0* + 0-» =8ь0-0*
Таким образом, радиационно-наведенные центры окраски в МС-световодах формируются преимущественно на поверхности отверстий.
длина волны, нм
Рисунок 3.4 - Радиационно-наведенные оптические потери МС-световодов, вытянутых при разных режимах и POD световода.