ПОЛУЧЕНИЕ ОБОЛОЧЕЧНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-315-316

ПОЛУЧЕНИЕ ОБОЛОЧЕЧНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА ИЗ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ

1* 1 12 Зараменских К.С. , Кузнецов М.С. , Бутвина Л.Н. ' ,

Полякова Г.В.1, Морозов М.В.1, Пимкин Н.А.1, Демина А.Ю.1

1АО «Государственный научно-исследовательский и проектный институтредкометаллической

промышленности «Гиредмет», г. Москва 2Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,

г. Москва *E-mail: [email protected]

Волоконные зонды, работающие в средней ИК-области спектра (3-20 мкм), важны и необходимы в нефтепереработке и нефтехимии для контроля процессов внутри реактора в режиме реального времени. В данный момент используют кварцевые длинные световоды, однако получаемый сигнал мало информативен, что обусловлено ограничением диапазона пропускания кварца (только видимая область и ближний ИК-диапазон). Производимые аналоги для средней ИК-области не превышают 2,5 метра в длину ввиду оптических потерь, что недостаточно для крупных производств. Для решения существующей проблемы необходимы волокна, работающие ближней и средней ИК-области спектра длиной по крайней мере 10 метров.

Применение в таких волокнах в качестве основного светопроводящего материала твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия позволяет получать рабочий диапазон зонда 3--30 мкм. В случае появления на рынке оптического волокна ИК диапазона из галогенидов серебра и таллия длиной порядка 10 метров, ожидается повышенный спрос у производителей спектрального измерительного оборудования для нужд нефтехимической, фармацевтической, химической отрасли, а также других направлений органического синтеза.

В данной области активно ведутся разработки, направленные на получение оптического волокна со сниженными оптическим потерями. Оптимальным с точки зрения технологичности и себестоимости способом изготовления поликристаллических волоконных световодов является метод экструзии из сборок типа «сердцевина-оболочка», при котором кристаллическая заготовка в пластическом состоянии продавливается через полированную фильеру.

Однако в оболочечных волокнах, серийно производимых на данный момент, сохраняются высокие оптические потери на длине волны 10,6 мкм (до 0,3-0,5 дБ/м), связанные в том числе с избыточным рассеянием на шероховатой границе сердцевины и оболочки волокна из-за запрессованных пор и микроизгибов вследствие дефектов сборки. Поэтому изготавливаемые волоконные световоды не применимы при передаче ИК сигнала на расстояние более 4 м.

В настоящее время в АО «Гиредмет» ведется разработка, целью которой является оптимизация технологии и создание линии получения оболочечных поликристаллических волокон для различных областей инфракрасной техники и специальной волоконной оптики из галогенидов серебра и таллия, прозрачных в диапазоне 0,6 - 30 мкм, экструдированных из сборок типа «сердцевина-оболочка», с улучшенными оптико-механическими свойствами.

Оболочечное оптическое волокно ИК диапазона получали из кристаллов следующего состава (Рис. 1):

Тип 1:

- материал сердцевины - КРС-13 (25 % мол AgCl - 75 % мол AgBr),

- материал оболочки - КРС-11 (50 % мол AgCl - 50 % мол AgBr);

Тип 2:

- материал сердцевины - КРС-6 (73,5 % мол НО - 26,5 % мол TlBr),

- материал оболочки - КРС-61 (86 % мол Т1С1 - 14 % мол Т1Вг);

Тип 3:

- материал сердцевины - КРС-5 (46 % мол Т1Вг - 54 % мол Т11),

I

А

Рис. 1. Кристаллы КРС-13 для сердцевины оптического волокна

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]

315

Рис. 2. Заготовка сердцевины оптического волокна для экструзии (КРС-13)

- материал оболочки - КРС-51 (58,5 % мол Т1Бг - 41,5 % мол ТО).

Подготовку сердцевины и оболочки проводили механической обработкой до получения поверхности оптического качества (Рис. 2). Процесс экструзии оптического волокна проводили на прессовом оборудовании - изменённой универсальной электрической испытательной машине FUDLC 200 кН, модифицированной специальной оснасткой для экструзии (Рис. 3). Применение электромеханической

испытательной машины, обеспечивает проведение процессов с тонко контролируемыми параметрами в безмасляной атмосфере.

Проведена сборка технологического оборудования, отработка температурных, силовых и кинетических режимов экструзии.

Оптические потери в инфракрасных волокнах измеряли методом «cutback» (измерения выходящей мощности из световода сначала длинного, затем укороченного при неизменном вводе) с помощью Фурье-спектрометра ФТ модификации 805. Коэффициент затухания (или оптических потерь) был достигнут менее 0,2 дБ/м на длине волны 10,6 мкм.

Снижение дефектности границы раздела сердцевина-оболочка способствовало адгезии материалов и позволило минимизировать наследуемые волокном микронеоднородности границы раздела сердцевина-оболочка после экструзии и значительно улучшить качественные характеристики ИК световода, в частности, уменьшить величину оптических потерь и повысить стабильность оптико-механических свойств.

Рис. 3. Модифицированное экструзионное оборудование

316............№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]