CC BY
24DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-338-339
ВЫСОКОПРОЧНОЕ ТЕРМОСТОЙКОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ ВБР
1112 2
Игнатьев А.Д. , Заренбин А.В. , Серегин Е.С. , Васильев С.А. , Медведков О.И. ,
Азанова И.С.3,4, Вохмянина О.Л.3, Саранова И.Д.3,4*, Карелина А.В.3, Смирнова А.Н.3,4, Хаюмов Д.О.3'4, Молчанов И.О.3'4
'OOO «Инновационное предприятие «НЦВО - Фотоника», г. Москва 2Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,
г. Москва
3ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», г. Пермь 4Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь
E-mail: zid@pnppk.ru
Волоконные Брэгговские решетки (ВБР) активно применяются как чувствительный элемент волоконных датчиков. Для сенсоров, подверженных влиянию повышенных температур, используются оптические волокна (ОВ) в металлических защитных покрытиях: алюминий, медь, золото. Сложность применения данных ОВ в системах мониторинга заключается в том, что под металлическое покрытие обычно наносится подслой углерода, что затрудняет запись ВБР, из-за наличия металлического и углеродного покрытий, поскольку перед записью ВБР требуется их последовательное снятие, что приводит к снижению прочности ОВ после восстановления покрытия. В данной работе исследовано влияние толщины углеродного подслоя в медном защитно-упрочняющем покрытии (ЗУП) ОВ производства ПАО «ПНППК» на эффективность записи ВБР.
В настоящее время ПАО «ПНППК» производит несколько типов ОВ с германосиликатной и нелегированной кварцевой сердцевинами в медном ЗУП с различной толщиной углеродного подслоя. Волокна сохраняют работоспособность в диапазоне температур от минус 196 до 450 °С, и кратковременно до 600 °С в условиях инертной атмосферы. Характеристики ОВ в медном ЗУП не уступают мировым аналогам (Рис.1): в нормальных условиях оптические потери одномодовых ОВ с германосиликатной сердцевиной составляют не более 2,8 дБ/км на длине волны 1550 нм, числовая апертура 0,15 ± 0,02, а оптические потери одномодовых ОВ с сердцевиной из чистого кварцевого стекла - не более 3,5 дБ/км на длине волны 1550 нм, числовая апертура 0,16 ± 0,02.
Для лазерной записи ВБР обычный углеродный подслой с толщиной от 30 до 100 нм приходится локально удалять, поэтому специалистами ПАО «ПНППК» была разработана технология вытяжки ОВ с более тонким слоем углеродного покрытия (до 1 нм). Волокна в медном покрытии с таким подслоем углерода имеют предельную прочность более 5 ГПа, оцененную методом двухточечного изгиба.
Рис. 1. Спектральные оптические потери ОВ в медном ЗУП
Удаление металлизированного покрытия с ОВ осуществлялось методом химического травления, а углеродный подслой не удалялся. Волокно с участком, подготовленным для записи решетки, подвергалось водородной обработке в газовой камере при повышенном давлении и температуре для повышения фоточувствительности. После записи ВБР проводилась температурная обработка для удаления оставшегося водорода и стабилизации параметров решетки для работы при повышенных температурах.
338............№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpress.rufotonexpress@mail.ru
Рис. 2. Зависимость индуцированного ПП(Апинд) от дозы УФ для световода в металлическом покрытии (Си) и стандартном телекоммуникационном световоде SMF28e+
Специалистами ООО ИП «НЦВО - Фотоника» проводилась запись ВБР на установке с эксимерным лазером CL 5000 KrF (248 нм) через фазовую маску с периодом 1070 нм. Длина ВБР составляла 4 мм, а резонансная длина волны отражения 1562 нм. В процессе записи ВБР проводились измерения спектра пропускания решетки с помощью оптического анализатора спектра ANDO 6317 с разрешением 0,01 нм.
Индуцированный показатель
преломления вычислялся из измеренного коэффициента
отражения ВБР.
Из рисунка 2 видно, что ОВ производства ПАО «ПНППК» в медном покрытии в несколько раз более фоточувствительно, чем 8МБ28е+, что связано с большей концентрацией 0е02 в сердцевине волокна. Специалистами ООО ИП «НЦВО - Фотоника» оценивалось влияние подслоя углеродного покрытия на процесс записи ВБР в ОВ с медным покрытием при сравнении амплитуды модуляции показателя преломления (1111) Дпмод в решетке и наведенного среднего показателя преломления Дпср (синяя линия на рис. 2), вычисленный из анализа сдвига Брэгговской длины волны решетки в процессе записи. Величина Дп мод решетки примерно равна половине Дп инд (черная линия на рис. 2). Видно, что средний наведенный 1111 в решетке несколько ниже амплитуды модуляции 1111, что говорит о хорошем контрасте интерференционной картины при записи ВБР.
На рисунке 3 представлен спектр пропускания ВБР, записанной в этом волокне с медным покрытием. Вид спектра характерен для однородной ВБР, что говорит об однородности углеродного слоя по длине волокна.
Таким образом, разработанная
модификация оптического волокна с углеродным подслоем позволяет записывать ВБР непосредственно через углеродный слой, сохраняя исходные прочностные характеристики волокна и эффективность записи, и качество ВБР.
в ОВ с медным покрытием производства ПАО «ПНППК»
1559 1560 1561 1562 1563 1564 1565 Длина волны, нм
Рис. 3. Спектр пропускания ВБР, записанной ООО ИП «НЦВО - Фотоника»
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 339
