Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Процесс вытяжки световодов из ИК-волокна часто включает в себя одновременно две стадии: варку стекла и выработку волокна. Фторидный состав реагирует с атмосферой и некоторыми материалами тиглей, увеличивая тем способность к кристаллизации и загрязнению. Поэтому производство этих стекол должно вестись в строго контролируемых условиях: материал тигля должен быть химически инертен, необходим строгий контроль атмосферы во время варки и охлаждения. Для уменьшения содержания ОН и уменьшения потерь во фторидных стеклах проводится ряд дополнительных технологических операций (например, сублимационная очистка в сухом кварцевом боксе).
Для халькогенидных стекол процесс получения цилиндрических заготовок может быть совмещен с процессом синтеза стекла, т. е. отливка заготовок производится в том же самом реакционном сосуде из кварцевого стекла. Затем поверхность подвергается безводному оптическому шлифованию и полированию. Для удаления с боковой поверхности примесей органических веществ боковая поверхность обрабатывается особо чистым раствором СС14.
Для вытяжки волокна из ИК-стекол применяют оба хорошо известных метода: фильерный и метод штабик-трубка.
Преимуществами фильерного метода являются непрерывность процесса, позволяющая выработать волокна большой длины, и уменьшение роста кристаллов за счет быстрого охлаждения на переходе расплав—волокно. Вязкость многих ИК-расплавов зависит от температуры. Даже в удачных системах вязкость может изменяться на два порядка в диапазоне 20 °С. Это значит, что рабочая зона для этих систем ограничена.
При вытяжке волокна из цилиндрической заготовки необходимо защитить ее поверхность от воздействия атмосферы, например, продувкой сквозь зону вытяжки или созданием зоны особой чистоты. Механическая прочность волокна зависит от присутствия в волокне кристаллов, качества поверхности заготовок при вытягивании волокна по методу штабик—трубка. Теоретические оценки определяют прочность световодов из халькогенидного стекла примерно в три раза меньшую, чем для световодов на основе плавленного кварца, т. е. около 1,5-3,0 ГПа (реальная прочность ниже из-за большого числа дефектов поверхностного происхождения). Один из способов уменьшения дефектов механической прочности волокна заключается в очистке штабиков. Так, травление поверхности увеличивает прочность волокна в 1,5-2,0 раза. В целях упрочнения на световоды наносят полимерное покрытие. Для халь-
406
когенидного волокна это, например, фторопласт Ф-42 (сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом), прозрачный в средней ИК-области до 6,5 мкм, который может наноситься на световоды из раствора.
Уровень оптических потерь в ИК-волокнах, как в промышленных, так и в лабораторных образцах, довольно высок и превышает обычно 1 дБ/м; обусловлен он в основном примесным поглощением. Для халькогенидных стекол он составляет 34-100 дБ/м в области длин волн 2-3 мкм; 170-500 дБ/км в области длин волн
4-6 мкм и 4,5-8,0 дБ/м в области 10-12 мкм.
Известны также ИК-световоды из монокристаллических и по-ликристаллических волокон, изготовленных из оксидов металлов (гранатов, лейкосапфиров), фторидов лития и магния, галогенидов тяжелых металлов.
Поликристаллические световоды изготовляют методом экструзии из галогенидов таллия и серебра, которые обладают высокой пластичностью. Они характеризуются низкими потерями в диапазоне около 10 мкм; минимальные значения потерь, достигнутые к настоящему времени, составляют примерно 0,1 дБ/м на длине волны 10,6 мкм, что в 104 раз выше теоретически предсказанного уровня. По таким световодам удалось передавать лазерное излучение мощностью свыше 120 Вт.
Следует отметить, что оптические потери в поликристаллических световодах увеличиваются со временем из-за роста зерен и вследствие пластической деформации. Установлено также, что присутствие водяных паров в окружающей атмосфере вызывает рост оптических потерь, обусловленных коррозией поверхности световода.
Для получения монокристаллических световодов используют главным образом такие материалы, как AgBr, CsBr, Csl, TIBr—Til и др. Световоды получают различными вариантами метода капиллярного формообразования, а также бестигельными методами, которые исключают контейнерное загрязнение расплава. Их достоинством является широкий диапазон прозрачности, простирающийся от видимого до дальнего ИК-диапазона. Оптические потери в монокристаллических световодах из CsBr диаметром 1 мм на длине волны 10,6 мкм составляют 0,3 дБ/м, на длине волны 5,7 мкм — менее 0,1 дБ/м. По такому световоду было передано излучение непрерывного С02-лазера мощностью 47 Вт. Недостатком монокристаллических световодов является значительный рост оптических потерь вследствие пластической деформации при их многократном изгибе.
7.8.10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ ВОЛОКОН
Наибольшее количество световодов изготовляют из кварцевого стекла, что прежде всего обусловлено высокой микрогомогенностью структуры этого однокомпонентного материала. Другая осо-
407
бенность кварцевого стекла заключается в том, что оно может быть получено из газообразных, легко очищаемых соединений, из которых удалены все красящие примеси, в том числе и примеси воды, поглощающие инфракрасные излучения в области 0,9-2,7 мкм. Для увеличения показателя преломления кварцевого стекла используют диоксид германия, пятиоксид фосфора, диоксид титана. Для понижения показателя преломления можно использовать добавки борного ангидрида или фтора. Все способы получения особо чистого кварцевого стекла основаны на гидролизе или окислении летучих соединений кремния, германия, фосфора и бора и осаждении полученных оксидов на подложке. Подложки чаще всего выбирают в форме трубы или стержня, из которых после осаждения особо чистого стекла изготовляют пресс-форму. Из пресс-формы вытягивают волокно [7.113].
