Автоматизированные распределенные методы исследования анизотропных волоконных световодов, легированных ионами эрбия Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ИОНАМИ ЭРБИЯ

© Барков Ф.Л.1, Бурдин В.В.1, Смирнов А.С.2, Латкин К.П.3, Константинов Ю.А.4, Токарева Я.Д.5, Ременникова М.В.6

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

г. Пермь

Лаборатория фотоники Пермского научного центра Уральского отделения РАН, г. Пермь

Представлены методы автоматизированного контроля качества анизотропных волоконных световодов, легированных ионами эрбия, на разных стадиях - как на этапе заготовки, так и оптического волокна. Представленные методы позволяют ускорить процесс и повысить выход кондиционной продукции.

Ключевые слова: автоматизация, волоконный световод, оксид эрбия, поляризация.

Автоматизированный технический контроль качества специальных волоконных световодов (ВС), в том числе активных и/или сохраняющих состояние поляризации вводимого излучения, ввиду сложности и разнообразия технологий их производства является одной из важнейших задач при производстве волоконно-оптических компонентов и датчиков. Большое количество типов конструкций специальных ВС, а также их заготовок - кварцевых стержней с осажденными внутри реагентами, - требует постоянного развития существующих и создания новых методик контроля. Малые объемы производства отдельно взятого типа волоконного световода требуют гибкости автоматизированной системы технического контроля качества, способности ее быстрой перестройки с одного вида ВС или иного типа изделия на другой. Сложная по сравнению с телекоммуникационными волоконными световодами конструкция специальных ВС требует совершенствования существующих методик и методов технического контроля качества. Особенность процесса производства на всех стадиях требует обработки большого

1 Доцент кафедры Общей физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

2 Заведующий лабораторией кафедры Прикладной математики ПНИПУ.

3 Учебный мастер кафедры Общей физики ПНИПУ.

4 Научный сотрудник Лаборатории фотоники ПНЦ УрО РАН.

5 Студент ПНИПУ.

6 Младший научный сотрудник Лаборатории фотоники ПНЦ УрО РАН.

числа параметров технологического процесса, сопоставления их с данными, полученными в исследовательской лаборатории. Необходимость контроля каждого образца, возникающая при отработке технологии производства нового типа ВС, увеличивает длительность процесса исследования. При этом объемы получаемых данных серьезно осложняют унификацию, сохранение, отображение, визуализацию и анализ данных, делают невозможным в ручном режиме принимать решение об изменении параметров технологического процесса. Автоматизация операций технического контроля на этапах производства специальных ВС, таким образом, является актуальной задачей [3].

Важной задачей является разработка специальных автоматизированных методов и в рамках одной операции. Одной из них является мониторинг активной легирующей присадки. Схема разработанной авторами установки представлена ниже (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки контроля активной легирующей присадки для заготовок волоконных световодов

Интенсивность люминесценции на длине волны 1531 нм пропорциональна концентрации возбужденных ионов эрбия, которая, в свою очередь, пропорциональна общей концентрации ионов эрбия. Следовательно, измеряя интенсивность люминесценции при разных положениях заготовки,

можно судить о степени однородности распределения ионов эрбия вдоль её длины. Эта зависимость лежит в основе принципов функционирования данного устройства. Система позволяет получать данные об эволюции параметров легирования эрбием как в виде томографии (полного сканирования) - рис. 2, так и в качестве зависимости «Концентрация активного эрбия (у.е.) - длина заготовки».

0.025 -'-1-'-1-1-1-1-'-'-1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

Т (Положение рельсы), м

Рис. 2. Томография заготовки активного волокна в различных формах представления

Разработанное авторами устройство позволяет отслеживать параметры активных присадок и оперативно вмешиваться в процесс химического па-рофазного осаждения из газовой фазы, в ходе которого и осаждается оксид эрбия.

Далее, если существует необходимость создания волоконного источника излучения с сохраняющим поляризацию выходом, в заготовку устанавливаются два боросиликатных стержня, и она вытягивается в волокно, становясь, так называемым, анизотропным волоконным световодом. Для того, чтобы оценить пригодность протяженных отрезков анизотропного световода для оптоэлектронных устройств, важно иметь информацию об однородности поляризационных свойств вдоль анизотропного световода. В работах [1,2] рассмотрен метод на основе поляризационной рефлектометрии, позволяющий локализовывать области связи поляризационных мод и оценивать величину этой связи. Другой важнейшей характеристикой одномодовых анизотропных световодов, определяющей их поляризационную устойчивость, но не связанной напрямую с параметром, рассмотренным в работах [1,2], является параметр модового двулучепреломления: В = |пх - пу|.где пх и пу - эффективные показатели преломления сердцевины световода для ортогональных поляризационных мод.

Авторами использован способ получения модового двулучепреломления по исследованным бриллюэновским частотам:

fx Аг

2(пх - п )У 2ВУ

Л

Установка представлена на рисунке ниже:

Рис. 3. Установка автоматизированного исследования двулучепреломления. 1, 5 -оптические поляризаторы с волоконными выходами, 3 - исследуемый образец, 2, 4 - сварные соединения волоконных световодов, сохраняющих поляризацию, с ориентацией по оптическим осям

Бриллюэновские рефлектограммы записывались с помощью бриллюэнов-ского анализатора ВОТЭА Omnisens DiTeSt STA-R202, работа которого основана на явлении вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна [4]. Па-

раметры бриллюэновского анализатора ВОТЭА Omnisens DiTeSt STA-R202: рабочая длина волны 1550 нм, максимальное количество усреднений 104, минимальное пространственное разрешение 1 м. Шаг сканирования по частоте (частотное разрешение) бриллюэновского анализатора был выбран равным 0.1 МГц. Для увеличения динамического диапазона и, соответственно, уменьшения шумовой составляющей сигнала, длительность зондирующего импульса была принята 100 нс, а количество усреднений сигнала -100 раз. Заметим, что метод получения распределенного двулучепреломле-ния ориентирован на протяженные отрезки анизотропных световодов порядка 1 км. Поэтому при подборе параметров была поставлена задача как можно более точно определить разность между бриллюэновскими рефлек-тограммами для двух поляризационных мод. При этом получение высокого пространственного разрешения не было необходимым.

Ш-Пз2.ГТп

0,00330 0,00320 0,00310

0,00300 -1-1-1-1-1

0 100 200 300 400 г, т

Рис. 4. Результаты измерения разности бриллюэновских сдвигов для анизотропого волоконного световода

Полученные данные свидетельствуют о том, что метод поляризационной бриллюэновской рефлектометрии позволяет осуществлять неразру-шающее исследование распределения параметра двулучепреломления на протяженных фрагментах анизотропных световодов. Точность определения разности смещений частот для поляризационных мод при шаге частотного сканирования 0,1 МГц соответствует точности спектрального метода и в абсолютных единицах показателя преломления составляет величину 10-6. На данной стадии исследования можно заключить, что предлагаемый метод поляризационно-бриллюэновской рефлектометрии пригоден для экпресс-анализа распределенных поляризационных свойств по длине анизотропного световода на стадиях его исследования после вытяжки и предполагает дальнейшее развитие. В частности, необходимы повторение и отработка метода на большом количестве образцов для практического установления погрешности. Также одним из продолжений работы станет практическое сравнение

предлагаемой методики с представленными другими авторами способами измерения ДЛП по длине анизотропного световода.

Объединенное использование двух методов, а также автоматическое заполнение базы данных позволяют осуществить полный цикл контроля важнейших параметров активных волоконных световодов, сохраняющих состояние поляризации вводимого излучения.

Авторы выражают глубочайшую благодарность Клоду Д. (Claude D., Stormsystems.pro) за помощь, плодотворные дискуссии и экспертные советы по промышленной автоматизации установок.

Список литературы:

1. Бурдин В.В., Константинов Ю.А., Первадчук В.П., Смирнов А.С., Квант. электрон. 43, 531 (2013).

2. Бурдин В.В., Константинов Ю.А., Первадчук В.П., Смирнов А.С., спецвып. «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2013» 6, 173 (2013).

3. Константинов Ю.А. Автоматизация процессов технического контроля качества специальных волоконных световодов на этапах производства: дисс. канд. техн. наук. - Пермь, 2012. - 114 с.

4. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: пер. с англ. - М.: Мир, 1996. - С. 257.

ПРОГРАММНОЕ СРАВНЕНИЕ ТЕКСТОВ НА ХАКАССКОМ И ЯКУТСКОМ ЯЗЫКЕ С ПОМОЩЬЮ ТРИГРАММ

1 2 © Леонтьев Н.А. , Протопопова В.Ф.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,

г. Якутск

В данной работе рассматривается сравнение документов на якутском и хакасском языке с помощью определителя якутского языка. Хакасский и якутский являются родственными тюркскими языками и вопрос корректного различения текстов является актуальным в связи с развитием глобальной сети Интернет. Для определения языка был выбран метод триграмм, база триграмм создана на основе газетного корпуса якутского языка.

Ключевые слова: идентификация языка, метод триграмм, якутский язык, хакасский язык, газетный корпус.

1 Доцент кафедры Радиотехники и информационных технологий, кандидат технических наук.

2 Студент.