ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Процесс изготовления заготовки для оптоволокна

Химическое осаждение из газовой фазы

Впервые о методе химического осаждения из газовой фазы (Chemical vapor deposition — CVD) было сообщено научно-исследовательскими лабораториями Corning Glass Works и Bell Telephone (MCVD — modified chemical vapor deposition — модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы).

Рисунок Процесс изготовления заготовки для волокна методом осаждения из газовой фазы.

Важно, что осаждение происходит не в месте нагрева пламенем, а перед ним — там, куда пламя еще не дошло. На поверхности трубки образуется пористый слой окиси, и, двигаясь дальше, горелка его проплавляет — остекловывает. Так получается слой чистого стекла.

При следующих проходах через трубку пропускают еще и германий в виде хлорида. Таким образом, легируют материал световода, создавая в нем градиент коэффициента преломления. После того как необходимое число слоев осаждено, подачу хлоридов выключают, а температуру пламени увеличивают, в результате трубка плавится и схлопывается просто под действием сил поверхностного натяжения.

В основном этот метод разрабатывался компанией AT&T, которая производит больше трети всего объема волокна в мире. Этот метод считается самым простым, и, кстати, в отечестве только он реально и работал. Однако для него нужна очень хорошая труба-заготовка без включений, так как включения— это центры напряжений, из которых может начать расти трещина. С этим довольно успешно борются путем химической или огневой полировки поверхности трубок.

Преимущества метода:

• на всем протяжении процесса изготовления каждого слоя сохраняется закрытое пространство, что позволяет избежать примеси посторонних материалов. Относительно легко могут быть изготовлены волокна с малой величиной затухания;

• легко управлять показателем преломления слоя;

• может быть широко использован в изготовлении одномодовых волоконных световодов;

• оборудование, использованное для производства, относительно несложно по конструкции и просто в управлении.

Неудобства метода:

• размер стержня заготовки ограничен размером установки и трубкой кварцевого стекла. Поэтому стержень не может быть сделан очень большим или длинным, соответственно волокно не может быть сделано очень длинным, в среднем от 3 до 5 км, максимум от 20 до 40 км;

• должна использоваться только заготовка из кварцевого стекла. Трудно предотвратить диффузию ОH ионов и H2 из трубки заготовки к ядру волокна;

• возможно снижение показателя преломления в центре ядра;

• так как горение и остекловывание происходя за счет наружного обогрева трубки пламенем горелки, производительность наплавки не такая высокая, как ожидается от расхода нагревающего горючего газа. Скорость напыления— приблизительно от 0,5 до 2 г / мин.

OVD-метод (outside vapor deposition)

Другой метод, которым пользуется фирма Corning, называют еще внешним осаждением (в отличие от первого — внутреннего): стекло осаждается на огнеупорный стержень прямо из пламени горелки, куда подаются хлориды исходных веществ.Поскольку осаждение происходит в атмосфере пламени, в таком материале остается много воды, получившейся в результате окисления водорода. Поэтому, после того как центральный стержень вынимают, приходится продувать заготовку хлором, который экстрагирует воду. И только после этого заготовка остекловывается.

Рисунок Изготовление заготовки: а) методом OVD;б) с последующей сушкой; с) спеканием.

Преимущества метода:

• отсутствие предела размера стержня заготовки, поэтому волокно может быть сделано большой непрерывной длины, например 50–100 км;

• осаждение, дегидрация и процессы спекания отделены друг от друга, так как гидролиз произведен прямым обогревом с горючим газом, то материал осаждения производится быстро, производительность наплавки — приблизительно 5 г/мин или больше;

• отсутствие необходимости в какой-либо подложке в основание, возможность зготовлять все искусственные волокна.

Неудобства метода:

• все химические реакции происходят на открытой площади, что способствует более легкому доступу для примесей. Чтобы предотвратить это, должно быть подготовлено чистое пространство, которое охватывает все про странство реакции или оборудования;

• смещение исходного материала может причинять структурные нарушения в центре ядра;

• во время снятия сырьевого материала с заготовки на внутренней стенке трубки происходит натяжение, которое приводит к появлению трещин и иных нарушений в структуре волокна. Такое иногда случается, когда коэффициенты теплового расширения у ядра и оболочки разные. Из за этого получение волокон с высокой NA затруднительно.

Решение этой проблемы было найдено в последнее время. Например, слой с NA = 0,3 можно получить, понижая в максимально возможной степени разность в коэффициентах теплового расширения материалов покрытия и ядра.

VAD-метод (axial vapor deposition)

В третьем методе, разработанном японскими фирмами, среди которых NTT, “Sumitomo” и др., реализована более сложная конструкция. Заготовка растет из затравки, расположенной на определенном расстоянии выше пламени горелки, имеющей сложную слоевую структуру, как у рулета. В середину пламени подают смесь хлоридов германия и кремния, затем слой буферного газа, потом только хлорид кремния для чистого стекла, потом опять буферный газ и, в конце концов, на краю горелки, кислород с водородом— то, что, собственно говоря, и горит. Вещество осаждается на только что созданную в этом же процессе поверхность. Однако расстояние до этой поверхности должно быть строго фиксированным, поэтому заготовка постоянно отодвигается от пламени горелки.

Таким методом можно создавать заготовки, которых хватает на несколько тысяч километров волокна, а в принципе, процесс может быть непрерывен — по мере изготовления заготовки из нее же можно вытягивать волокно. На сегодняшний день это единственный метод, позволяющий осуществить производство непрерывного оптического волокна.

Рисунок Изготовление заготовки VAD методом.

Преимущества метода:

• заготовка для оптоволокна может быть сделана непрерывно бесконечной длины;

• пламя горелки не двигается, и коэффициент газов, текущих от нее —всегда константа;

• производительность наплавки — приблизительно от 1 до 3 г/мин, максимум — приблизительно 6 г/мин;

• волокно с малыми потерями может быть легко изготовлено при использовании процесса обезвоживания;

• SM волокно легко изготовляется процессом VAD.

Неудобства метода:

• трудное управление пламенем для того, чтобы сделать необходимый

профиль;

• трудности в изготовлении волокна с широкой полосой пропускания.

Вытяжка оптоволокна

Полученная в ходе первого этапа заготовка подвергается бесконтактному вытягиванию при температуре 2000 – 2100 ºC для того, чтобы получить оптоволокно с геометрией и оптическими свойствами первоначального образца. Температура плавления кварца — приблизительно 1900 ºC. Чем более узкая высокотемпературная зона создана для плавления кварца, тем лучше.

Главное требование — для тонкого волокна, которое будет протянуто при установившейся скорости в низкоконвекционной печной атмосфере, однородность диаметра волокна.

Вытянутое волокно должно иметь достаточную механическую прочность, чтобы выдержать практическое использование.

Рисунок Схематическое изображение вытяжки волокна.

Наружный диаметр слоя измерен неконтактным измерительным устройством, использующим светодиод. Измеренная величина наружного диаметра возвращается назад к кабестану натяжного приспособления, и скорость вращения кабестана автоматически изменяется, чтобы сохранить постоянный наружный диаметр слоя.

Температура поверхности заготовки и оптоволокна остается высокой в течение всего процесса, поэтому легко могут возникнуть поверхностные трещины и другие дефекты, так как пыль и влажность легко могут попасть на поверхность. Чтобы избежать этого, пластиковая оболочка должна быть нанесена на поверхность волокна немедленно после его получения.

Интегральная оптика

Волновод