Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
393
но оси жил) разрезе не похожа на картину продольного разреза. Световедущие жилы в волоконном изделии должны располагаться либо параллельно, либо по строго заданным кривым в пространстве, образуя укладку со сложной закономерностью — точной симметрией торцов или заданным переплетением жил. Определенные трудности возникают из-за бинарности структуры (жила/ оболочка) и необходимости обеспечения взаимоперпендикулярно-сти рабочих (торцовых) поверхностей и осей световодов.
Процессы изготовления одножильных и многожильных световодов и волокон одинаковы, отличаются только режимы их вытягивания. Как правило, температура вытягивания волокон выше, а силы натяжения при вытягивании меньше, чем при изготовлении световодов. В обоих случаях необходимо ослаблять влияние сил поверхностного натяжения, стремящихся округлить заготовку многогранного сечения.
В световодах стекла жилы и оболочки взаимодействуют в процессе их горячего изготовления, а в холодном готовом виде разность коэффициентов расширения и механических характеристик исходных стекол создает внутренние напряжения. При изготовлении световодов физико-химические и технологические особенности исходных массивных стекол изменяются. При вытягивании происходит быстрая фиксация состояния, при котором различные по составу размягченные стекла спекаются между собой. Требования к стеклам ужесточаются также из-за многократности термообработок, которым они подвергаются при изготовлении волоконной детали.
Для характеристики пригодности данных стекол к изготовлению из них элементов волоконной оптики с точки зрения возникающих и развивающихся в пограничном слое физико-химических процессов существует критерий совместимости стекол, т. е. способность двух или трех стекол образовывать в световоде спаянную границу без возникновения в месте спайки или в стеклах при последующих термических обработках кристаллизации, опалесценции, пузыреобразования и других процессов, приводящих к полной или частичной потере световодных свойств отдельных волокон [7.34, 7.36, 7.43, 7.93].
Рассмотрим основные требования к физико-химическим свойствам стекол.
Вязкость является одним из основных технологических параметров исходных стекол. Температурный ход вязкости определяет возможность изготовления из данной пары стекол световодов и высококачественных деталей. Рабочий интервал вязкостей, соответствующий интервалу температур, в пределах которого происходят процессы вытягивания одножильных световодов и формирование конечного волоконного изделия, ограничен значениями 102-108’5 Н • с ¦ м-2 (рис. 7.36).
Вытягивание волокна возможно при вязкости 102-105 Н • с • м-2, а световодов и многожильных световодов — до 105 Н • с ¦ м"2. Прес-
394
сование при давление в стекле д 50-70 мН • м-2 возможно при ^ вязкости 107-108,5 Н • с • м~2.
Высокое заполнение торца волоконной детали световедущими жилами и равномерная толщина светоизолирующих прослоек между ними, а значит, и высокое светопропускание и объем передаваемой информации обеспечиваются при шестигранной форме жил. Это достигается, если при температуре опрессовки световодов вязкость стекла оболочки выше или точно равна вязкости стекла жилы.
При относительно мягкой оболочке легче получить вакуум-плотные (герметичные) волоконные детали, однако предыдущее требование при этом не выполняется.
Температура размягчения — также один из важных технологических параметров. Для технологического процесса изготовления волоконных деталей необходимо, чтобы исходные стекла имели достаточно высокую температуру размягчения. Как показывает практика, несмотря на принятые меры предосторожности, на многих стадиях технологического процесса на поверхность световодов и волокон попадают загрязнения (от механического контакта с узлами установок, руками и из атмосферы), которые выгорают лишь при температуре 820-850 К. Выгорание может быть ускорено, например, кислородной продувкой и последующим вакуу-мированием рабочего пространства печи. При этом стекла не должны размягчаться до температуры 820-850 К, т. е. при этой температуре их вязкость должна быть выше вязкости опрессовки (107-108’5 Не- м~2).
Коэффициент термического расширения стекла жилы должен быть выше, чем стекла оболочки. Это необходимо для прочности световода. В этом случае жила находится в растянутом состоянии, а оболочка — в сжатом. Доброкачественное оптическое волокно можно изготовить при разности коэффициентов расширения жилы и оболочки от - 25 • 107 до + 56 • 107 К-1. Увеличение диаметра световода уменьшает этот допустимый интервал. Волок-
1 1 i 1 ..^
800
900 1000 1100 1К
Рис. 7.36. Зависимость вязкости от температуры:
1 — при вытягивании одножильных волокон и прутков тоньше 1 мм фильерным методом; 2 — при перетягивании (метод штабик—трубка); 3 — при вытягивании ОЖС и МЖС диаметром 10-30 мм; 4 — при прессовании; 5 — при отжиге
395
на и световоды с отрицательной разностью КТР менее прочны. Наилучшие результаты получены при значениях разности коэффициентов расширения жилы и оболочки от 0 до 45 • 10~7 К-1.
7.8.3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОДНОЖИЛЬНЫХ СВЕТОВОДОВ (ОЖС)
