Производство и испытание световодов типа кварц/кварц, устойчивых к УФ и гамма- излучению Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

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: [email protected]

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» [email protected]

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»

[email protected]

187