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]

понижения поглощения и рассеяния. Из-за низких температур размягчения и плавления загрязнение стекла (и ОВ) возможно на всех стадиях их получения. Для большинства применений предпочтительны кварцевые стекла, поскольку они обладают рядом положительных свойств, а двуокись кремния как составная часть может быть получена с очень высокой степенью чистоты.

3.2. СТЕКЛА ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН,

РАБОТАЮЩИХ В СРЕДНЕЙ И ДАЛЬНЕЙ ИНФРАКРАСНЫХ ОБЛАСТЯХ

Использование ИК-диапазона волн для ОВ позволит уменьшить рэлеёвские потери, что значительно увеличит дальность передачи и улучшит экономические показатели оптических систем связи. Для этого предлагается заменить кварцевые стекла, работающие на длинах волн до 1,7 мкм, на стекла, легированные германием, содержащие добавки BizOa, TI2O, PbO, SbzOa- Германиевые стекла имеют следующие характеристики: плотность (5,4-7,66) г/см; ТКЛР = (10,6-15,9)-10-°С-1; «=1,93948-2,28553; дисперсия равна нулю в диапазоне А. = 2,08 н-2,81 мкм; минимальные потери могут составить менее 0,1 дБ/км [2,4]..

В 1954 г. Б. Т. Коломийцем и Н. А. Горюновой был открыт новый класс полупроводниковых веществ - халькогенидные стеклообразные полупроводники-стекла, в состав которых входят халькогены VI группы периодической системы Менделеева [5]. Типичными представителями являются сульфид и селенид мышьяка. В стекла этого типа могут входить Т1, Ge, Si, Sb и некоторые другие Элементы.

Халькогенидные стекла характеризуют чрезвычайно низкие подвижности носителей заряда, высокая фотоэлектрическая чувсгвительность, слабая зависимость электрофизических свойств от примесей, возможность изменять параметры в широких пределах путем плавного изменения состава, технологичность и др. [6, 7].

Халькогенидные стекла обладают высокой прозрачностью в ИК-области спектра от 1 до 18 мкм. Для стекла AS2S материальная дисперсия равна нулю на длине волны 4,85 мкм (рис. 3.4). Для стекол на основе As - S и As - Se область, в которой материальная дисперсия равна нулю, лежит в диапазоне 4-6 мкм. Минимальные оптические потери для этих стекол, рассчитанные путем экстраполяции краев электронного и фотонного поглощений в область прозрачности материала и учета потерь на рэлеевское рассеяние, составляют (2-3)-10~ дБ/км (рис. 3.5). Халькогенидные стекла на осно-



С,пс/(нм-км)


ос,дБ/км


0,04- -0,001

6 7 8 Tl.mkm

Рис. 3.4. Спектральная зависимость Рис. 3.5. Спектральная зависимость материальной дисперсии стекла на оптических потерь стекол на основе:

основе AS2S3

ASjSa; 2-AsjSes

ве Ge-Р-S могут иметь потери порядка (10" -10") дБ/км на длине волны 5,5 мкм.

Халькогенидные стекла трудно совместимы со стеклами других типов. Это объясняется резким отличием температуры стеклования (139-400)°С и ТКЛР (11-30)• 10""С"* этих стекол от этих параметров у стекол других составов. Б частности для стекол из AszScs ТКЛР = 25 • 10" "С, а для AS2S3 ТКЛР=19-10-°С-

Показатель преломления для As2Se3 на длине волны 5 мкм л = 2,481, а для AS2S3 и = 2,406, при этом соотношение показателей преломления АзгЗсз и AS2S3 в области длин волн 2-12 мкм сохраняется примерно постоянным. Модуль Юнга халькогенидных стекол лежит в пределах 20-41 ГПа.

Близкие значения ТКЛР селенида и сульфида мышьяка и отмеченные выше свойства показателей преломления могут быть использованы при изготовлении ОВ, в которых один из материалов используется в качестве сердцевины, а другой в качестве оптической оболочки [8].

В настоящее время коэффициент затухания халькогенидных стекол составляет более 10* дБ/км, что вызвано абсорбцией из-за наличия примесей H2S, H2Se, оксидов различных элементов, молекул воды и рассеяния из-за наличия включений. Для стекол на основе Ge-S обработка исходных материалов в парах S2CI2 приводит к существенному уменьшению поглощения, обусловленному наличием групп HS (от 150-330 до 30-80 дБ/м) и Н2О на длине волны 6,6 мкм (от 10-1300 до 10-50 дБ/м). Имеется четыре окна прозрачности после обработки исходного материала Ge-S парами S2CI2 с потерями ниже 1 дБ/м: 0,36 дБ/м на Я = 2,4 мкм; 0,85 дБ/м на Я=3,3 мкм; 0,56 дБ/м на Я = 4,7 мкм; 1 дБ/м на Я = 5,1 мкм.

К преимуществам халькогенидных стекол можно отнести сравнительно широкую область стеклования, высокую стойкость к воздействию влаги и (особенно для тяжелых халькогенидов) большую длину волны отсечки.



Галогенидные стекла (галиды) [9, 10] имеют в своей основе хлориды и фториды различных металлов. При использовании галоидной добавки ZnClz основная частота смещается в инфракрасную область (около 38 мкм), что значительно уменьшает потери на рэлеевское рассеяние. Известны стекла на основе хлоридов калия и натрия [11].

Хлоридные стекла имеют минимальные внутренние потери, но более чувствительны к загрязнению, ч-м стекла на основе фторидов, и растворимы в воде.

Фторидные и фтор-хлорсодержащие стекла (ВеРг и ZnClj) в перспективе могут обеспечить коэффициент затухания 10 и 10" дБ/км соответственно. Однако бериллиевые стекла очень токсичны, а цинковые обладают высокой гигроскопичностью.

Стеклана основе фторидов циркония и гафния с добавками Вар2 (30-40%), некоторого количества щелочи, щелочной земли, фторидов редкоземельных элементов, обеспечивающие стабильность стекла, характеризуются коэффициентом затухания (5-8)-10" дБ/км на .=(2,4 + 0,1) мкм. При этом из стекла необходимо удалить примеси железа, никеля, гидроксильные "группы, имеющие высокие потери на абсорбцию в интервале длин волн 2-3 мкм. Помимо этого фторидные стекла имеют относительно узкую область стеклообразования и малую термостабильность, приводящую к расстекловыванию, а в некоторых стеклах к появлению кристаллов размером от 10 до 50 мкм. В связи с этим основной упор делают на разработку комплексных композиций стекла, содержащих 4 -6 фторидных компонентов в целях повышения стабильности и достижения вязкости, обеспечивающей вытяжку оптических волокон.

Наиболее стабильные композиции основаны на ZrF4 - Вар2 -ЬаРз -AIF3 -NaF стеклах. Главные компоненты играют следующую роль: Zrp4 - обеспечивает формирование цепочки; Вар2-модификатор; ЬаРз - стабилизатор; AIF3 и Nap добавляют для изменения вязкости и улучшения стабильности. Для улучшения технологичности при вытяжке ОВ в композицию кроме указанных могут быть добавлены фториды Се, Gd, Lu, Al, Nd. Введение ионов Nd" в стекло приводит к тому, что стекло обеспечивает возможность генерирования лазерного излучения с Х-л; 1,06 мкм.

Многие композиции стекол могут базироваться на комбинации Мр2 -AIP3, где М - один или несколько элементов ряда Са, Sr, Ва, РЬ, Ra, Cd, Hg, J. Системы на основе AIF3 обладают максимумом абсорбции на Х.= 18 мкм, в то время как стекла с группой Zrp4 имеют слабый пик на А.=23 мкм.

Фторидные стекла имеют тенденцию к поверхностной рекристаллизации в результате воздействия атмосферной влаги



[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