Одномодовые световоды из кристаллов галогенидов серебра для среднего инфракрасного диапазона

• Автор: Середа, Олеся Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МНОГОМОДОВЫЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

1.1 ЭКСТГУЗИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

1.2 Анализ механизмов возникновения потерь в кристаллическом волокне

1. 2.1 Фундаментальные потери о кристаллическом волокне

1.2.2 Фактические потери в кристаллических волокнах

1.3 Характеристики многомодовых световодов

1.4 Применение кристаллических световодов

/. 4.1 Спектроскопический химический анализ

1.4.2 Дистанционное измерение температуры

1.4.3 Передача лазерного излучения
ГЛАВА 2 ОДНОМОДОВЫЕ СТУПЕНЧАТЫЕ ВОЛОКНА ИЗ ГАЛОГЕИИДОВ СЕРЕБРА
2.1 Экспериментальное исследование одномодовых- световодов со ступенчатым профилем
показателя преломления
2.2 Дисперсия в одномодовом кристаллическом волокне
2.2.1 Материальная дисперсия
2.2.2 Волноводная дисперсия
2.3 Выводы
ГЛАВА 3 МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ВОЛОКНА ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА
3.1 МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
3.1.1 Микроструктурированные волокна с неполной фотонной запрегценной зоной
3.1.2 Микроструктурированные волокна с полной фотонной запрегценной зоной
3.1.3 Некварцевые фотонно-кристаллические волокна
3.1.4 Масштабирование численных решений для микроструктурировапного волокна
3.2 ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННОГО ВОЛОКНА ИЗ КРИСТАЛЛОВ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА
3.3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОЛОКНА
3.4 МИКРОСТРУКТУРИРОВАПНОЕ ВОЛОКНО С ДВУМЯ КОЛЬЦАМИ ВСТАВОК
3.4.1 Численное моделирование
3.4.2 Экспериментальное исследование характеристик
3.4.3 Дополнительные потери второй моды
3.5 МИКРОСТРУКТУРИРОВАННОЕ ВОЛОКНО С ОДНИМ КОЛЬЦОМ ВСТАВОК
3.5.1 Численное моделирование
3.5.2 Экспериментальное исследование характеристик
3.6 Дисперсия в микрос груктурированном волокне
3.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ТЕКСТ ПРОГРАММЫ МАТНЬАВ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОСТРУКТУРИРОВАННОГО ВОЛОКНА ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА

Введение
Актуальность. Оптические волокна из кристаллов галогенидов серебра AgClxBrl.x (0<х<1) долгое время являются объектом научных исследований, поскольку относительно просто могут быть изготовлены методом экструзии кристаллов галогенидов серебра ввиду их пластичности и способности к деформации при небольшой температуре (200°С). Эти волокна привлекательны для многих применений в оптической диагностике и передачи лазерного излучения, поскольку нетоксичны и имеют окно прозрачности во всем среднем инфракрасном спектральном диапазоне (3 - 20 мкм). Расчетные потери материала на пропускание низкие (~1-10дБ/км), однако фактические наблюдаемые потери в кристаллических световодах превышают теоретические на 3 - 4 порядка, что связано с рассеянием излучения в объеме волокна. В связи с этим кристаллические световоды изготовлялись только многомодовыми с потерями от 0,1 дБ/м (для 10.6 мкм), и их использовали в спектроскопических исследований для передачи излучения на расстояния 1-3 м.
Очень актуальной является проблема создания одномодовых световодов для среднего инфракрасного диапазона. Одномодовые световоды могут использоваться для передачи излучения лазеров (С02 и квантовокаскадных), а также для создания нелинейных волоконно-оптических приборов, работающих в этом диапазоне.
Получение одномодовых световодов для среднего инфракрасного диапазона из галогенидов серебра с низкими оптическими потерями затруднено из-за значительного рассеяния на неидеапьной границе раздела сердцевины и оболочки волокна и образования поглощающих коллоидов серебра на границе раздела, а также отсутствия технологии выращивания кристаллов с гарантированной маленькой разницей в составах кристаллов AgCl,xBrl.x (меньше 5 %), которые необходимы для создания сердцевины и оболочки при составлении заготовки одномодового волокна.

Получение одномодовых световодов со ступенчатым профилем показателя преломления и микроструктурированных световодов с низкими потерями (менее 2 дБ/м) открывает новые возможности для применения волокна в среднем инфракрасном диапазоне.
Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является поиск путей оптимизации параметров структуры, состава материалов и технологии получения одномодовых ступенчатых и
микроструктурированных волокон на основе кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и исследование их физических свойств с целью перспективного использования данных световодов для передачи лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона (3-15 мкм), в частности мощного излучения С02 лазера.
Для достижения заявленной цели было необходимо:
1. Численно промоделировать характеристики распространения излучения в микростуруктурированном волокне с различными параметрами его структуры. Выявить зависимости теоретических потерь первой и высших мод от параметров структуры волокна.
2. Создать экспериментальную установку и провести измерения характеристик режима распространения излучения С02 лазера в одномодовых ступенчатых и микроструктурированных кристаллических волокнах, в том числе распределения интенсивности излучения в ближней и дальней зонах, потерь на рассеяние и индуцированных потерь при изгибе волокна.
3. Проанализировать полученные результаты и дать предложения по использованию одномодового волокна из галогенидов серебра для создания оптических устройств, работающих в среднем инфракрасном диапазоне.
Научная новизна. В работе было впервые получено одномодовое ступенчатое волокно для длины волны 10.6 мкм с потерями 1.8 дБ/м, которые значительно ниже полученных ранее [1, 2] (15-30 дБ/м). В ходе работы были

течение дня можно судить по увеличению глубины модуляции поглощения по сравнению с огибающей.
Рис.19 Спектр поглощения глюкозы в крови человека, измеренный путем прижатия поликристаллического волокна к губе
1.4.2 Дистанционное измерение температуры
Окно прозрачности кристаллических световодов совпадает с излучением «черного тела» объектов при комнатной температуре. Закон Вина связывает длину волны максимума спектральной плотности с абсолютной температурой следующим образом ЯТ = 2898.икм * К. Это дает при Д,»х = 10, бмкм температуру Т = 300К. Волокна с пропусканием в инфракрасной области до 20мкм могут передать излучение от тела, нагретого более 150 К . Другим способом измерить температуру можно, используя отдельные спектральные данные в(Я,) и в(). Многомодовые кристаллические волокна с МСТ приемником позволяют измерить комнатную температуру с температурным разрешением порядка 0,1° С бесконтактным методом в местах, где нет прямого доступа или среда высоко радиационная. В частности, оболочечные многомодовые световоды используются для бесконтактного измерения динамики быстрых изменений