CC BY
4ВКВ0-2023- ВОЛОКНО
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФАБРИКАЦИИ КВАРЦЕВЫХ КИРАЛЬНЫХ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Бурдин А.В. 12,3,4, Демидов В.В. 1, Дукельский К.В. 13,5, Тер-Нерсесянц Е.В.1*, Буреев С.И. 1, Кашин А.И. 1, Пчелкин Г.А. 13, Хохлов А.В. 1, Шурупов Д.Н. 1
1 АО «Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова»), г. Санкт-Петербург
2 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара 3 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
(СПбГУТ), г. Санкт-Петербург 4 ООО «ОптоФайбер Лаб», г. Москва, ИЦ Сколково 5 Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-176-177
Кварцевые киральные микроструктурированные оптические волокна (МСОВ), являясь достаточно сложной, с точки зрения практической реализации, структурой (особенно для протяженных длин - метры / десятки метров и более, т.е. на несколько порядков превышающих длину волны передаваемого оптического сигнала), представляют интерес для целого ряда практических приложений волоконной оптики и фотоники. Оптические волокна (ОВ) данного класса позиционируется как альтернативные сенсоры волоконно-оптических датчиков регистрации механических воздействий (напряжения [1] / кручения [2]) и магнитного поля / электрического тока [3], специальные ОВ для управления поляризацией и генерации оптической активности [4], модовые фильтры [5], ОВ для оптического пинцета [6], а также генерации и передачи орбитальных угловых моментов [7].
В работе представлены результаты проведенных научно-технических работ и экспериментальных исследований по кастомизации технологического процесса фабрикации кварцевых киральных МСОВ с наведением высокоинтенсивной закрутки (более 100 об/м). Так, в ходе успешно реализованной модернизации вытяжной башни производственной линии специальных волоконных световодов, включая разработку и нескольких модификаций адаптера подачи избыточного давления в каналы предволокна МСОВ, предотвращающего схлопывание каналов в процессе вытяжки волокна при одновременном интенсивном вращении его преформы, было достигнуто увеличение скорости вращения предволокна в узле подачи преформ до 2000 об/мин (Рис. 1).
Рис. 1. Модернизация узла подачи Рис. 2. Фотографии киральных МСОВ разной степени
вытяжной башни наведенной закрутки
В частности, были проведены работы: 1) по креплению коллекторного двигателя на опорной площадке зажимного патрона вытяжной башни; 2) инсталляции приводного ремня большей длины (необходимость использования нового приводного ремня была обусловлена увеличением расстояния от вала коллекторного двигателя до зажимного патрона); 3) модернизации имеющегося электронного блока управления с блоком питания и драйвером для управления работой коллекторного двигателя; 4)
ВКВО-2023- ВОЛОКНО
разработке, изготовлению и установке в пространстве между узлом подачи преформ и высокотемпературной печью разогрева преформ башни вытяжки специального приспособления для дополнительной фиксации предволокна для предотвращения его колебаний в горизонтальной плоскости в процессе вращения со скоростью более 300 об/мин и, соответственно, возможного разрушения; 5) разработке и изготовлению вращательного адаптера, который обеспечивает вращение предволокна с заданной скоростью, осуществляет подачу избыточного давления к верхнему концу предволокна через толстостенную металлическую трубку, на которую был заменен исходный гибкий шланг штатного комплекта производственного оборудования, а также герметизирует внутреннее пространство вращательного перехода для исключения падения давления непосредственно в пространстве между трубкой и верхним концом предволокна.
Выявлены, экспериментально апробированы и верифицированы оптимальные режимы технологического процесса вытяжки киральных МСОВ (температура печи вытяжной башни, величина избыточного давления, подаваемого в каналы предволокна МСОВ, скорость вытяжки, скорость вращения предволокна в патроне блока подачи преформы).
(а) (б) (в) (г) (д) (е)
Рис. 3. Серия опытных образцов кварцевых киральных МСОВ с разной степенью наведенной закрутки: (а) с несимметричной (за сет смещения сердцевины) гексагональной геометрией;
(б) с имитацией кольцевого радиального распределения полей направляемых мод низших порядков;
(в) с равноугольной спиральной 6-лучевой геометрией; (г) с 6ю GeO2rлегированными сердцевинами;
(д) безсердцевинное с включением GeO2-легированных капилляров; (е) с полой сердцевиной, образованной капилляром из германосиликатного стекла
Все это позволило создать опытный технологический комплекс, реализующий полный цикл фабрикации нового класса кварцевых МСОВ с экстремально сильно наведенной закруткой до 1000°об/м и опциональным включением опорных элементов из кварцевого стекла, легированного GeO2. Экспериментально подтверждена воспроизводимость заданной структуры поперечного сечения МСОВ на длинах более 50 метров, закрученного с периодом скрутки 500 об/м. Изготовлена серия опытных образцов «стабильных» длин (более 50 м) киральных МСОВ различной конфигурации с максимальной степенью наведенной скрутки 500 об/м, а также опытные образцы МСОВ, сохраняющие неизменность структуры на длинах менее 50 м с сильно наведенной киральностью до 790 об/м (Рис. 2, 3).
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, DST, NSFC и NRF в рамках научного проекта № 19-57-80016 БРИКС_т.
Литература
1. Xi X.M. et al., Optics Letters 38, 5401 - 5404 (2013)
2. ZhangM. et al., Sensors 22(15), 5668-1 - 5668-9 (2022)
3. Bohnert K. et al., Optics and Lasers in Engineering 43, 511 - 526 (2005)
4. Napiorkowski M., Urbanczyk W., Proceedings of SPIE10681, 106810H-1 - 106810H-8 (2018)
5. Ma X. et al., Optics Express 22(8), 9206 - 9219 (2014)
6. Wong G. K. L. et al., Phil. Trans. R. Soc. A. 375(2087), 20150440-1 - 20150440-18 (2017)
7. Fu C. et al., Optics Letters 43 1786 - 1789 (2018)
