Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Нейтронная бомбардировка боросиликатных стекол позволяет получить граданы диаметром 0,1 мм с Ап = 0,02. Основная трудность состоит в необходимости внедрения большого количества нейтронов, чтобы обеспечить требуемый градиент профиля показателя преломления и регулярность профиля вдоль волокна.
Химическим осаждением из газовой фазы удалось получить граданы диаметром 0,1 мм с Ап = 0,01. Технология химического осаждения не позволяет получить линзы достаточно большого диаметра.
Технология пористых стекол позволяет получать граданы больших диаметров (около 50 мм) с Ап = 0,04. Основные трудности связаны с обеспечением однородности профиля показателя преломления.
Ионный обмен — основная технология изготовления волоконных световодов с градиентным профилем показателя преломления. Эта технология позволяет в наибольшей мере контролировать ход процесса и влиять на него, изменяя концентрацию расплава, температуру, состав стекол.
Градиент показателя преломления по толщине образца (или по диаметру волокна) возникает при обмене катионов, вносящих различный вклад в показатель преломления. По величине вклада в показатель преломления одновалентные катионы могут быть расположены в следующий ряд: Те+ > Cs+ > Li+ > Na+ = К+ = Rb+.
Известны следующие способы получения граданов:
на основе диффузиии ионов между расплавами двух стекол (технологически могут быть оформлены в виде метода двойного тигля);
на основе ионного обмена между стеклом и расплавами солей;
на основе избирательного улетучивания отдельных компонентов из стекол при высоких температурах.
Наиболее перспективными являются первые два способа.
Метод двойного тигля использует литиевое стекло для сердцевины и натриевое стекло для оболочки. От двойного тигля, с помощью которого формируется обычное стекловолокно, данное устройство отличается тем, что срез фильеры, через которую поступает расплав стекла для сердцевины, расположен выше среза фильеры, из которого вытягивается оболочка волокна. В результате поверхность контакта расплава стекол двух составов находится известное время в зоне высоких температур, где ионный обмен может протекать с высокой скоростью, что и приводит к постепенному
404
изменению показателя преломления в направлении, перпендикулярном к оптической оси волокна. При этом выбирают размеры фильер и расстояния между их срезами в зависимости от диаметра волокна и характера распределения показателя преломления.
Удлинение патрубка внутренней фильеры при сохранении постоянным взаимного расположения сосудов значительно улучшает стабильность процесса и резко снижает опасность смешивания расплавов.
Рабочая температура процесса должна находиться: 1) выше верхней границы кристаллизации стекол для сердцевины и оболочки;
2) вблизи нижнего предела температуры, определяемой требованием (1), для возможного уменьшения коррозии платинового двойного тигля.
Метод ионного обмена в расплавах солей представляет большой интерес, так как здесь достигается наибольшее изменение показателя преломления по сечению самофокусирующего волоконного элемента. При использовании метода ионного обмена в расплавах солей к стеклу предъявляются следующие требования: стекло должно содержать ионы, легко обменивающиеся на ионы из расплава, иметь высокую химическую устойчивость к расплавам солей, в которых оно будет обрабатываться; не кристаллизоваться в течение длительного времени при температурах обмена и обладать свойствами, необходимыми для вытягивания волокна. При проведении ионного обмена решающую роль играют три фактора: состав расплава, температура и время обработки. Расплав солей обычно подбирают исходя из следующих соображений: расплав не должен разлагаться при температурах термообработки, химически взаимодействовать со стеклом; удельный вес расплава должен быть возможно ближе к удельному весу стекла (это дает возможность проводить обработку при более высоких температурах без опасности деформации волокна). По технологии ионного обмена можно получать граданы диаметром 5 мм с Ап = 0,04, обеспечивающие диаметр фокального пятна 1,8 мкм.
7.8.9. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИК-СВЕТОВОДОВ
Световоды для волоконно-оптических элементов, работающих в ИК-области спектра, обычно изготовляют из бескислородных стекол типа ИКС [7.45, 7.46]. Существуют световоды на два спектральных диапазона: 0,7-9,0 и 1-16 мкм. Перспективными материалами для световодов среднего ИК-диапазона являются халько-генидные стекла и стекла на основе фторидов и оксидов тяжелых металлов. Теоретически минимальные потери могут быть достигнуты на фторцирконатных стеклах 0,001 дБ/км наХ = 4 мкм. Эти стекла прозрачны до 5,5 мкм, обладают относительно широким диапазоном вытяжки, которая составляет 100-150 °С. Фторцир-конаты обладают композиционной гибкостью. Стекла на основе
405
BaF2/ThF4 прозрачны до 7,0 мкм, но относительно нестабильны и требуют быстрого охлаждения.
Высокая химическая стойкость, длинноволновая граница пропускания, достигающая 12-20 мкм, устойчивость к расстекловыва-нию, приемлемая механическая прочность позволяют считать халь-когенидные стекла также перспективным классом материалов для волоконных световодов ИК-диапазона.
