Главная  Развитие оптической связи 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [ 21 ] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]


О 0,Z 0, 0,6 0,8Msio

Рис. 3.1. Зависимость показателя преломления бинарной стеклообразу-ющей системы В2О3 - от молярной доли оксида кремния Msio

О 0,Z 0,4- 0,6 MoeOz

Рис. 3.2. Зависимость показателя преломления плавленого кварца от молярной доли оксида германия MoeOj

на 1% (рис. 3.2). При молярной концентрации двуокиси германия 20% показатель преломления увеличивается на 1,4%.

Кварц с добавкой германия, который может применяться в качестве материала сердцевины ОВ, имеет широкое «окно» прозрачности почти до 1,7 мкм.

Более предпочтительным в качестве легирующего материала, как более дешевый, является фосфорный ангидрид Р2О5. При добавлении к плавленому кварцу Р2О5 для образования бинарного стекла внутреннее поглощение материала и рэле-евское рассеяние увеличиваются весьма незначительно. Хотя фосфорный ангидрид сублимируется при температуре 300° С, гигроскопичен и имеет температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) почти в 25 раз больше, чем у плавленого кварца, он образует с ним устойчивое бинарное стекло, тепловое расширение которого сравнимо с тепловым расширением чистого кварца при молярных концентрациях Р2О5 вплоть до 25%). Полученное стекло почти не проявляет никакой тенденции к ликвации или кристаллизации. Оно также устойчиво к воздействию воды. Показатель преломления фосфо-росиликатного стекла увеличивается линейно (по крайней мере для небольших содержаний оксида фосфора) с увеличением кощентрации Р2О5. Начальный прирост показателя преломления при изменении молярной концентрации Р2О5 на IVo составляет 0,043%. Вязкость и ТКЛР Р2О5 и Si02 различаются, что ограничивает количество фосфорного ангидрида, которое может быть введено в плавленый кварц для изготовления ОВ.

При добавлении в массу кварца !%> Ti02 показатель преломления увеличивается почти на 0,026%. Двойная стек-лообразующая система с этой добавкой в плавленом кварце выгодна тем, что титан может входить в матрицу стекла



с различными степенями ионизации, причем некоторые из них обладают заметным поглощением в спектральной области, представляющей рабочий интервал ОВ. Добавка Ti" является особенно сильным поглотителем, и ее трудно окислить полностью. Необходима специальная термическая обработка титана в присутствии воды при температуре ниже точки плавления стекла, которая приводит к получению двуокиси титана и водорода.

Для повышения показателя преломления плавленого кварца можно использовать оксид алюминия, потери на рассеяние у которого ниже, чем у двуокиси германия [3 ]. К тому же оксид AI2O3 очень стойкий в противоположность оксиду Ge02, который может образовывать летучие продукты GeO и GeCl4.

Стабильность оксида алюминия дает высокую эффективность erOi, введения в стекло, при изготовлении заготовки стекла менее чувствительны к воздействию парциального давления кислорода и хлора, чем стекло с добавками Ge02. CтeкJЮ, легированное AI2O3, имеет более низкие значения вязкости, что ускоряет процессы затвердевания.

Легирование кварцевого стекла оксвдом сурьмы не то.пько позволяет, получить большее возрастание показателя преломления на 1 моль легирующей добавки по сравнению с Ge02, но и уменьшает возможность образования кристаллической фазы, даже если относительный показатель преломления до и после введения 8Ь20з отличается более чем на 1,6%. Для Ge02 это значение не превышает 1,5%.

Чистота исходных веществ, применяемых для изготовления стекла, в значительной мере определяет его высокое качество по всем контролируемым параметрам. Для оксидных стекол, к которым относится и кварцевое стекло, основные потери связаны с поглощением ионами переходных металлов (ванадий, железо, хром, медь, кобальт, никель, марганец), а также гидроксильными группами.

Гидроксильные группы ОН" являются основной примесью в кварцевых стеклах, которая приводит к значительным потерям. Причиной служит реакция групп ОН" с водородом, содержащимся в атмосфере. Особенно большие потери возникают на длине волны 0,95 и 1,4 мкм. Слабые полосы поглощения появляются на длинах волн 0,725; 0,825; 0,875 мкм, которые являются гармониками основного резонанса при А. = 2,7 мкм.

Снижения потерь в стекле можно добиться уменьшением содержания гидроксильных групп до нескольких десятков миллиграмм на килограмм. При этом коэффициент затухания на длине волны 1,2 мкм может снизиться до 0,5 дБ/км. На рис. 3.3 представлены три зависимости спектральных потерь в ОВ, сердцевина которых изготовлена из боросиликатного



дБ/км 10

5 3 2

0,5 0,3

0,4 0,6 0,8 1,0

1,2 1,4 ;i,MKM

Рис. 3.3. Зависимость потерь в световоде от длины волны для различных материалов сердцевины (размеры световода 60/150 мкм):

/-(СеОг-ВгОз-ЗЮг); 2-(PjOj-SiO); 5-(GeOj-SiOj)

стекла с добавками германия, фосфорно-силикатного стекла и кварцевого стекла с добавками германия. Влияние гидро-ксильных групп особенно заметно в кварцевых стеклах, легированных двуокисью германия, содержащих примеси алюминия и натрия, достигающих в натуральном кварце 10-15 частиц на миллион, а в синтетическом кварце менее 3 частиц на миллион. В кварцевом стекле, легированном Р2О5 и Ge02, присутствие групп ОН" приводит к увеличению потерь пропорционально концентрации Р2О5.

Тройные или более сложные стеклообразующие системы, такие, как натрий-кальций-силикатное и натрий-боросиликатное .стекло, имеют низкие температуры плавления: натрий-кальций-силикатное стекло (Na20, СаО, Si02) 1400° С; щелочно-свин-цовое стекло (Na20, РЬО, Si02) 1400° С; натрий-алюминий-силикатное стекло (Na2 0, AI2O3, Si02) 1450° С; натрий-боросиликатное стекло (Na2 0, В2О3, Si02) 1250° С. Эти стекла обладают также более высоким показателем преломления и могут быть модифицированы для получения материала с низким показателем преломления (для оптической оболочки). .Показатели преломления натрий-боросиликатного стекла можно уменьшить на 3%, натрий-кальций-силикатного стекла - на 4%, щелочно-свинцовое силикатное стекло-почти на 10%, причем все эти модификации согласуются между собой по остальным свойствам и могут использоваться как материалы для сердцевины и оптической оболочки ОВ.

Недостатком таких низкоплавких многокомпонентных стекол является большая возможность загрязнения, чем у плавленого кварца, что затрудняет их очистку от примесей для



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [ 21 ] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

0.0009