вкво-2019 -- вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
ПРОИЗВОДСТВО И ИСПЫТАНИЕ СВЕТОВОДОВ ТИПА КВАРЦ/КВАРЦ, УСТОЙЧИВЫХ К УФ И ГАММА-
ИЗЛУЧЕНИЮ
Грищенко А.Б., Сахаров Д.А.
Фирма Керамоптек, г. Ливаны, Латвия E-mail: Andrejs.Griscenko@ceramoptec.com
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16093
Быстрое развитие мощных лазеров, работающих в видимом и УФ областях спектра, интенсивное исследование термоядерного синтеза и развитие космонавтики ставит многоплановые задачи по созданию световодов, обладающих достаточной прозрачностью в заданной области спектра, высокой лучевой прочностью, устойчивостью к УФ, гамма и нейтронному облучению. Наиболее подходящими для таких задач являются волокна с сердцевиной из синтетического кварца и легированной фтором отражающей оболочки - световоды кварц/кварц.
Отличительной чертой компании Керамоптек является возможность осуществлять все стадии производства световодов кварц/кварц, включая наплавление отражающих оболочек заготовок [1, 2], вытяжку волокон и дополнительную их обработку. В данной работе изучено влияние состава исходного материала стержня, и технологических операций производства световода на его стойкость к действию УФ облучения. Дополнительная операция обработки проводилась, как правило, для световодов, покрытых герметичным слоем углерода и сводилась к его выдерживанию в водороде при температуре 250°С и давлении 40 бар, длительность выдерживания составляла около недели. Наличие водорода в световодах разного типа контролировалось по максимуму поглощения на 1,08 цм, который хорошо заметен в кварце как с высоким, так и с низким содержанием гидроксильных групп. См. Рис. 1. Концентрация водорода в обработанных световодах оценена как 5х1018 молекул/см3 [3]. Отмечено, что контрольный световод насыщенный водородом, покрытый герметичным слоем углерода и хранящийся при комнатной температуре в течение уже более четырех лет сохраняет стабильную концентрацию водорода. Методика испытаний световодов включала изучение спектров наведенных потерь образцов непосредственно при облучении, а также после прекращения облучения эксимерным лазером при 193 нм. Также будут приведены результаты, полученные другими организациями по изучению оптических волокон Керамоптек, под воздействием гамма облучения [4].
10
9
8
м 7
LO 6
,и
О. 5
<и
о 4
с
3
2
1
/у
1 //
/
/
/ 2 2
/
А 3 3
j с/ \ ч
г 4 ^—
1060 1070 1080 1090 Длина волны, нм
30
JS 25
LQ
s 20
а
ш
I-
о
= 15 ш
ы н
5 10 ^
в а
= 5
1100
1
2
3
" 4
200
250 300
Длина волны, нм
350
0
Рис. 1. Пик поглощения водорода в световоде
200/220/245Р. 1 - ОН=1000ррт, с водородом; 2 - ОН=1000ррт, без водорода; 3- ОН=0,5ррт, с водородом; 4 - ОН =0,5ррт, без водорода
Рис. 2. Наведенные потери для 200/220/245Р после облучения АгРлазером (193 нм), доза 103Дж/см2.
Длина образца=1 т. Содержание ОН групп в материале сердцевины волокна, ррт: 1-700; 2-0,5; 3-1000
186
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
Сравнительное изучение прозрачности световодов, не насыщенных водородом, показало, что иметь достаточную начальную прозрачность в УФ и быть стойкими к воздействию облучения могут как сорта кварца с высоким, так и с низким содержанием ОН групп, см. Рис. 1; кривые 1, 2, 3. Гораздо большее значение имеет концентрация различного рода дефектов структуры кварца поглощающих, в основном, в регионе 200-300 нм, а также Si-H групп, которые не проявляются в исследуемой области спектра, но являются прекурсором для дефекта с пиком поглощения на 214 нм. Метод наплавления отражающего слоя также оказывает значительное влияние на концентрацию дефектов и Si-H групп в сердцевине волокна [5]. Но самый значительный эффект на величину наведенных потерь оказывает насыщение световодов водородом, cм. Рис 2; кривая 4.
В УФ и видимой областях спектра наиболее доступными и стабильными к воздействию внешнего облучения себя зарекомендовали световоды на основе кварца с содержанием ОН=1000 ppm и насыщенные водородом, для ИК области спектра, наиболее перспективен не содержащий хлора кварц с концентрацией ОН ниже 1 ppm.
Подбор исходного синтетического кварца, технологии наплавления легированных кварцевых слоев, а также обработка световодов водородом позволяют производить оптически стойкие волокна, годные для применения в различных областях спектра.
Литература
1. Gouskov, E. et al, US Patent 6253580
2. Neuberger W. et al, US Patent 6138478
3. Noguchi K, et al, J. Lightwave Technology 3, 236-243 (1985)
4. Vukolov K. Yu et al, Fusion Engineering and Design, article in press, available online, January 25 (2019)
5. Grishchenko A.B., Quantum Electronics 47, 1115 - 1119 (2017)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpres@mail.ru
187