Физические основы процесса вытяжки волоконных световодов с малыми потерями

• Автор: Бубнов, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 321 с. : ил.

Содержание

1. Общая характеристика работы

1.1. Предпосылки постановки работы и актуальность темы

1.2. Цель исследований

1.3. Научная новизна, практическая ценность и реализация результатов

работы

1.4. Основные защищаемые положения

1.5. Публикации и апробация работы. Объем и структура диссертации.

Личный вклад автора...:

2. Обзор литературы

2.1. Вытяжка волоконных световодов

2.2. Высокотемпературные источники нагрева заготовки
2.3. Управление процессом вытяжки световодов
2.4. Прочность волоконных световодов
2.5. Полимерные покрытия волоконных световодов
2.6. Световоды типа «стекло-полимер»
2.7. Оптические потери световодов при низких температурах
2.8. Фундаментальные механизмы оптических потерь
2.9. Дополнительные оптические потери, возникающие в процессе
вытяжки волоконных световодов
2.10. Выводы к главе
3. Процесс перетяжки заготовки в световод
3 Л. Установка для вытяжки волоконных световодов
3.2! Высокотемпературные нагреватели
3.3. Система автоматического управления процессом вытяжки
3.4. Нанесение первичных полимерных покрытий
3.5. Технология нанесения на световод защитных покрытий
3.6. Основные результаты главы
4. Прочность волоконных световодов
4.1. Прочность однородных кварцевых волокон
4.2. Прочность световодов, изготовленных МСУЕ) методом
4.3. Прочность световодов большой длины
4.4. Влияние полимерных покрытий на прочность световодов
4.5. Основные результаты главы
5. Разработка и исследование кварц-полимерных световодов
5.1. Оптические потери
5.2. Оптические потери при низких температурах

5.3. Влияние воды на оптические характеристики кварц-полимерных
световодов
5.4. Разработка световодов с многоэлементной отражающей
оболочкой
5.5. Основные результаты главы
6. Влияние полимерных покрытий на оптические потери световодов на основе кварцевого стекла
6.1. Демпфирующие свойства полимерных покрытий
6.2. Влияние первичных полимерных покрытий на оптические потери
при изменении температуры
6.3. Влияние защитных полимерных покрытий на оптические потери
при изменении температуры
6.4. Морозостойкий волоконно-оптический кабель
6.5. Основные результаты главы
7. Дополнительные оптические потери, возникающие в процессе вытяжки в высоколегированных одномодовых световодах
7.1. Влияние легирования фтором сердцевины световодов на
дополнительные потери, возникающие в процессе вытяжки
7.2. Рэлеевское рассеяние в высоколегированных световодах
7.3. Пространственное распределение источников оптических потерь
по сечению световодов
7.4. Аномальное рассеяние оптического излучения в одномодовых
световодах и его связь с процессом вытяжки
7.5. Снижение оптических потерь в высоколегированных одномодовых
световодах, изготовленных МСП) методом
7.6. Основные результаты главы
8. Заключение
9. Список цитируемой литературы
10. Список цитируемой литературы с участием автора
11. Приложения
1. Общая характеристика работы
1.1. Предпосылки постановки работы и актуальность темы.
Создание в начале 70-х годов волоконных световодов с малыми потерями стало мощным стартовым импульсом для развития- на стыке физики конденсированного состояния и оптики нового научного направления — волоконной оптики. Первоначально это направление охватывало только разработку элементов, волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСПИ). Однако очень быстро в рамках волоконной оптики стали развиваться- датчики различных физических полей, волоконные лазеры и усилители, различные нелинейные устройства, в том числе рамановские лазеры, и усилители, переключатели, а в последнее время мощные технологические волоконные лазеры, что потребовало создания волоконных световодов с принципиально новыми характеристиками.
Современная технология производства волоконных световодов, с малыми потерями на основе кварцевого стекла состоит из двух основных операций: изготовление заготовки и вытяжка из заготовки волоконного световода. Для изготовления заготовок разработано несколько методов, основанных на высокотемпературном парофазном осаждении с использованием летучих соединений исходных реагентов. Среди этих методов наибольшее распространение получили: модифицированный метод парофазного осаждения в опорной кварцевой трубе (МСУБ), метод внешнего парофазного осаждения (ОУО) и метод аксиального осаждения (УАО). Независимо от метода изготовления заготовки трансформация ее в волоконный световод происходит одинаково: из локально разогретого до размягчения конца заготовки под действием- силы натяжения вытягивается геометрически подобный ей световод.
Большинство основных параметров волоконных световодов (оптические потери, полоса пропускания, числовая апертура, дисперсия, соотношение геометрических размеров сердцевины, отражающей оболочки и

того, чтобы установить минимальную прочность световода, его подвергают действию кратковременной растягивающей нагрузки последовательно по всей длине. Уровень этой нагрузки должен превышать напряжения, которые будут воздействовать на световод в процессе изготовления оптического кабеля, его прокладки и последующей длительной эксплуатации.
Типичное устройство для перемотки световодов под нагрузкой состоит из отдающего и приемного устройств, двух компенсаторов, механизма перемотки с регулируемой скоростью и тормозного механизма, создающего регулируемое натяжение[58]. В некоторых устройствах испытательное напряжение создается не за счет натяжения световода, а за счет его изгиба вокруг калиброванных роликов [59]. Компенсаторы позволяют производить смотку световода с отдающей катушки и намотку его на приемную катушку без натяжения. Успешная перемотка световода позволяет получить достоверную информацию о его прочности и оценить его минимальный срок службы под действием данной нагрузки.
Согласно гипотезе Гриффитса катастрофический рост микротрещин и разрушение образца наступает при условии, что в,вершине микротрещины коэффициент интенсивности напряжений К достигает критической’ для1 данного материала величины Ккр (7), при К/ < Ккр микротрещина не растет и разрушение не происходит. Однако экспериментальные данные показали, что с течением времени разрушение происходит, даже если К1 < Ккр.
Объяснение наблюдаемых экспериментальных результатов было найдено в рамках термофлуктуационной теории, в которой учитывается молекулярное строение стекла и тепловое движение его молекул [60]. Согласно этой теории разрушение стекла рассматривается как последовательный процесс разрыва межатомных связей в вершинах микротрещин вследствие тепловых флуктуаций. Роль-напряжений при этом сводится к снижению активационного барьера и приданию направленности процессу разрушения.