Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Физико-химические основы расплавного получения высокочистых халькогенидных стекол и волоконных световодов : диссертация ... доктора химических наук : 02.00.01

Год: 2013

Номер работы: 2534

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

3. Многомодовые и одномодовые световоды из халькогенидных стекол 187 184 185 182 162 164 167 170 172 172 179 182 153 154 157 160 142 144 150 140 140 131 135 5

5.7. Изготовление световодов из теллуритных стекол

Глава 6. Исследование процесса вытяжки волоконных световодов методами численного эксперимента

6.1. Моделирование течения расплава в каналах круглого и кольцевого сечения

6.2. Численный эксперимент по исследованию влияния условий вытяжки на параметры волокна

Введение Актуальность темы Халькогенидные стекла как оптические материалы известны более 50 лет [1]. Первые сообщения об их применении в волоконной оптике в начале 60-х годов прошлого столетия [2,3]. были опубликованы Активные исследования этих стекол как материалов для волоконной оптики среднего ИКдиапазона ( от 2 до 10-12 мкм) ведутся в течение последних 20-25 лет [4-7]. Значительное число халькогенидных стекол было испытано для изготовления волоконных световодов. Наиболее значимые резул

Глава 1. Халькогенидные стекла и волоконные световоды на их основе (литературный обзор)

1.1 Структура стекол Халькогенидные стекла образованы индивидуальными халькогенидами элементов III-V групп Периодической системы и их смесями. По природе халькогена выделяют 3 основных семейства: сульфидные, селенидные и теллуридные. Электроотрицательности катионов и анионов в халькогенидных стеклах сопоставимы, поэтому химическое связывание элементов в них преимущественно ковалентное с хорошо определенными пространственными связями, что является существенным фактором стеклообразования.

1.1.1 Стекла на основе халькогенидов мышьяка Исследованию структуры стеклообразных халькогенидов мышьяка посвящено много работ. В работах [18,19] структура стеклообразных AS2S3, As2Se3 и АзгТез описывается в рамках единой структурной модели как полимерная полиморфно-кристаллитная неупорядоченная слоистая двухмерная сетка, состоящая из структурных единиц [ASS3/2], [AsSe3/2] и [АвТез/г], которые имеют форму тригональной пирамиды. Внутри слоев атомы (структурные единицы) соединяются прочн

1.1.2 Германийи сурьмасодержащие стекла Общепринятая модель строения стекол содержащих германий и халькоген (X), основана на сочетании цепочечных или циклических фрагментов халькогена и тетраэдров, образованных атомом германия. При содержании Ge до 33 мол% структура стекол представляется как неупорядоченная сетка, состоящая из СЕ GeX4/2, соединенных атомами халькогена находящимися на их вершинах, рисунок

1.2а [28]. - S - G e - S - HS-Ge-Ge-Ge-si- — S I ~-J i ' J у J а) б)

В число основных требований к стеклам для волоконной оптики среднего ИК-диапазона входят широкий спектральный диапазон прозрачности, малые оптические потери в области прозрачности, устойчивость к действию влаги и к кристаллизации, высокая механическая и лучевая прочность, нетоксичность стекол, достаточно высокие рабочие температуры. Полного набора этих характеристик на уровне максимального значения для этого класса стекол не имеет ни одно стекло. Стекла систем As-S, As-Se, As-Se-Te, а также

1.2.1 Стекла на основе халькогенидов мышьяка Оптические свойства Широкое практическое применение халькогенидных стекол обусловлено, главным образом, их прозрачностью в ближнем, среднем и дальнем РЖдиапазоне. С коротковолновой стороны (граница Урбаха) область пропускания ограничена поглощением, связанным с переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. [40,41]. Электронные переходы определяют 24 коротковолновый край поглощения (А,с), которому отвечает ширина запрещенной зоны (Её)

1.4. Термические характеристики халькогенидных стекол [ 5,48, 32,50-52] "t и КСО некоторых Модуль Юнга, GPa

16.0

17.0 - Стекло As 2 S 3 As 2 Se 3 As 2 Te 3 GeS 2 GeSe2 As 2 Si ;5 Sei j5 As 2 Sei i5 Te U5 Ge30AsioSe3oTe3o Tg, °c 197 170 112Г371 495 380 175 150 265 Tc, °C Tc-Tg, °c - КСО, K/c

2.4-10"6 (расчет) (9±2>10"3 28±3 17 =1 - d г/см3

3.201

4.551 - ЛКТР, arl0 6 K-' 24 21[51] - - - - - - - S5-10" -

2.782

4.420

1.2.2 Влияние примесей на свойства стекол При рассмотрении проблемы примесей в халькогенидных стеклах для волоконной оптики актуальными сведениями являются их происхождение, элементный состав, содержание, молекулярная форма, характер и границы 31 влияния на оптические свойства стекол и световодов. По этим вопросам имеется значительный, но не исчерпывающий объем информации, в том числе обобщенный в нескольких обзорах [58-60]. В Таблице

1.7 приведены сведения о примесях в халькогенидных

1.3 Методы получения высокочистых стекол В настоящее время имеются два эффективных способа получения расплавов халькогенидного стекла с низким содержанием примесей, при отверждении которых получаются оптически однородные высокочистые стекла. Первый из них - синтез стеклообразующих соединений или их смеси вакуумным плавлением шихты. Синтез проводится как сплавление простых веществ, взятых в заданном соотношении, в запаянных вакуумированных ампулах из кварцевого стекла. Режим синтеза стекол зав

1.4.1 Методы изготовления волоконных световодов из халькогенидов мышьяка Существующие традиционные технологии волоконных световодов из халькогенидных стекол основаны на методе «штабик-трубка» и на вытяжке расплава из тигля. Выбор способа вытяжки определяется физико-химическими свойствами стекол, из которых вытягивается световод. Метод «штабик-трубка» 44 используется для изготовления световодов из халькогенидных стекол, склонных к кристаллизации [86-91]. На Рисунке

1.10 приведена типичн

1.4.2 Характеристика световодов из халькогенидных стекол Тип, структура и параметры халькогенидных световодов определяются их целевым назначением. Получают многомодовые и одномодовые световоды с отражающей стеклянной оболочкой, световоды с отражающей полимерной оболочкой. В таблице

1.12 представлены минимальные оптические потери в волоконных световодах из халькогенидных стекол, полученных различными способами вытяжки. Оптические потери 23 дБ/км на длине волны Х=23 мкм, были достигнуты

1.4.3 Световоды из германийи сурьмасодержащих стекол Работы по получению волоконных световодов из германийсодержащих стекол вытяжкой расплава из тигля немногочисленны, в основном это световоды без отражающей стеклянной оболочки. В таблице

1.14 представлены данные об оптических потерях в волоконных световодах, вытянутых из расплава. Хотя такие световоды недолговечны, их получение дает информацию о примесной чистоте халькогенидных стекол. Таблица

1.14. Оптические потери в волокон

Развитые к началу выполнения данной работы физико-химические и методологические основы позволяли получать опытные образцы стекол системы As-S с содержанием лимитируемых примесей пхЮ" - пхЮ" мас.%. Минимальное значение оптических потерь в многомодовых световодах из таких стекол составило 23 дБ/км [8] на длине волны

2.2 мкм и около 400 дБ/км для спектрального интервала

1.3 -

2.7 мкм в одномодовых [105] т.е. заметно выше теоретически предсказываемого минимума. Содержа

2.1. Влияние примеси диоксида серы на пропускание стекол системы As-S Интерес к примеси SO2 в сульфидно-мышьяковых стеклах вызван тем, что частоты колебаний молекул SO2 [109] (таблица

2.1) расположены в области прозрачности сульфидно-мышьяковых стекол и дают селективные полосы поглощения в спектрах пропускания. Второй причиной является возможное присутствие диоксида серы в исходной сере. Примесный SO2 при синтезе халькогенидов может вступать в реакции с макрокомпонентами стекла и при

Схема процесса и условия получения высокочистой серы для синтеза сульфидно-мышьяковых стекол определяется содержанием лимитируемых примесей в исходном материале и целевом продукте. Методы получения серы с низким содержанием примесей рассмотрены в ряде публикаций, в том числе обзоров[117-120]. В данном разделе приведены результаты исследований по получению серы с низким содержанием газообразующих примесей, гетерофазных примесных включений технологии. Для глубокой очистки серы используют химич

Лимитируемыми примесями в элементарном мышьяке, используемом для получения халькогенидных стекол для волоконной оптики, являются кислород, водород, углерод, кремний, гетерофазные примесные включения. Наиболее распространены мышьяка химические и сублимационные методы глубокой очистки [125-127]. Химические методы развиты и и их комбинации используются для освобождения от примесей кислорода, серы, селена. При перегонке мышьяка в токе водорода кислород, сера, селен, химически связанные с осново

При получении халькогенидных стекол в качестве мышьяксодержащего компонента используют элементарный мышьяк и моносульфид мышьяка, если в состав стекла одновременно входят мышьяк и сера. При получении стекол с анионной частью, представленной селеном и теллуром, используют элементарный мышьяк. Ранее [83] нами было предложено использовать в качестве мышьяксодержащего компонента шихты моносульфид мышьяка. Моносульфид мышьяка более устойчив к окислению и более летучий по сравнению с элементарным

2.2.4 Новый мышьяксодержащий материал для синтеза стекол Проведенные исследования показали, что увеличение содержания мышьяка в исходном сплаве мышьяка и серы выше стехиометрического состава AS50S50 приводит к уменьшению доли кубового остатка при дистилляции. Оптимальным 74 оказалось следующее соотношение компонентов, ат.% мышьяк - 53; сера - 47. При вакуумной дистилляции такой расплав перегоняется при постоянной температуре без образования труднолетучего остатка (кривая 3, рисунок

2.9

2.2.5 Глубокая очистка мышьяксодержащего компонента шихты от кислорода Существующие методы получения сульфидно-мышьяковых стекол имеют ограниченные возможности в части снижения примесей соединений водорода и кислорода, являющихся одним из основных источников оптических потерь. 75 Интенсивные полосы поглощения, обусловленные примесями О-Н групп на длинах волн

1.44 мкм,

1.92 мкм,

2.3 мкм,

2.92 мкм., Н 2 0 на длинах волн

2.77 мкм,

2.83 мкм,

6.33 мкм и

2.3 Получение стекол системы As-S с высокой степенью химической и фазовой чистоты Основным способом получения сульфидно-мышьяковых стекол является высокотемпературный синтез стеклообразующего расплава из простых веществ, взятых в заданных отношениях, в вакуумированных ампулах из кварцевого стекла и охлаждение расплава до твердого состояния. Чистота и оптическая однородность получаемых образцов стекол определяется содержанием примесей в исходных веществах, условиями загрузки их в контейнер и

Синтез стеклообразующего расплава как стадия технологического процесса включает следующие операции:

- изготовление и подготовка реактора;

- сборка и подготовка цельнопаяной системы для загрузки компонентов шихты в реактор;

- загрузка компонентов шихты в реактор;

- помещение реактора с шихтой в печь;

- предварительный разогрев реактора;

- гомогенизация расплава. Реактор для синтеза халькогенидов мышьяка изготавливают из трубок кварцевого стекла оптического к

Охлаждение однородности расплава - важный Быстрое этап при обеспечении оптической расплава (120-100 °С/час) от стекла. охлаждение температуры синтеза до температуры 300°С (температура извлечения кварцевого контейнера из печи) приводит к появлению в отвержденном стекле свилей и их замораживании при быстром охлаждении. На рисунке

2.15 представлены фотографии в поляризованном свете сульфидно-мышьяковых стекол, полученных при различных скоростях охлаждения расплавов. Наиболее оптимал

Отжиг как важная часть технологического процесса снятия остаточных напряжений в стеклах хорошо изучен и используется в практике [93]. Процесс отжига сульфидно-мышьяковых стекол проводили в несколько стадий. В случае, когда стекло поступало в печь отжига холодным, нагрев сульфидно-мышьяковых стекол до температуры отжига проводят со скоростью, ограниченной возможностью его разрушения. Разрушающее напряжение для сульфидно- 85 мышьякового стекла состава AS40S60 условно принято равными 19,6 *10 6

2.5. Влияние сверхстехиометрической серы на прозрачность стекол на основе As 2 S 3 Снижение мышьяковых содержания примесей легких элементов волоконные в сульфидносветоводы с стеклах позволило изготавливать достаточно низкими оптическими потерями, в том числе в интервале 5-6 мкм. Уменьшение интенсивности полос примесного поглощения выявило постоянное присутствие в спектрах пропускания волокон полос поглощения с максимумами около 1810 и 1950 см"1 и интенсивностью 0,2-0,1 дБ/м. Располож

Глава 3. Получение стекол системы As-S, As-Se и As-S-Se с заданным соотношением макрокомпонентов Как отмечалось ранее, в волоконных световодах, работающих по принципу полного внутреннего отражения, стекла сердцевины и оболочки должны иметь определенное соотношение оптических, термических характеристик. Волноводные характеристики и термомеханических определяются волокна показателями преломления и его дисперсией. Функциональное назначение волокна определяет требуемую разницу в показателе пре

3.1 Приготовление образцов сравнения для контроля макросостава Методом прямого синтеза из простых веществ были приготовлены образцы сравнения (ОС) макросостава халькогенидных стекол систем As-S, As-Se, As-SSe. Задаваемый состав стекла обеспечивался составом шихты, которая приготовлена из необходимых весовых количеств каждого из компонентов. В качестве исходных были использованы особо чистые простые вещества - селен марки «ос.ч.17-3», мышьяк (металлический) марки «ос.ч.21-5» и сера марки «о

3.2.1 Химический метод Состав сульфидно-мышьяковых стекол определяли методом йодометрического титрования [151]. Навеску анализируемого стекла массой

0.050.1 г помещали в трубку из кварцевого стекла и сжигали в токе кислорода при 340-360°С. Мелкодисперсный оксид мышьяка (Ш) осаждался на стенках трубки и стеклянном фильтре. Полученный оксид мышьяка растворяли в 10 %-ном растворе щелочи. Заключительной стадией анализа было йодометрическое титрование мышьяка (Ш), основанное на окисле

3.2.2 Рентгенофлуоресцентный метод Разработку макросостава методики рентгенофлуоресцентного (РФ) определения стекол систем As-S, As-Se и As-S-Se выполняли на кристалл- дифракционном рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL OPTIM'X фирмы Теплое lectron, оснащенном рентгеновской трубкой мощностью 50 Вт с родиевым анодом [153]. ОС были изготовлены в форме плоскопараллельных пластин толщиной 2 мм. Макросостав халькогенидных стекол определяли, используя градуировочные характеристики относите

Для определения макросостава сульфидно-мышьяковых стекол использовали метод ИК-спектроскопии. Как уже отмечалось ( см. раздел

2.5), в спектрах сульфидно-мышьяковых стекол AS35S65-AS40S60 в интервале 1500-800 см" выделен ряд полос селективного поглощения, обусловленных избытком серы. интенсивности этих полос Для установления количественной закономерности поглощения от состава стекол плоскопараллельными были изготовлены образцы сравнения (ОС) с сторонами и длиной оптического

3.3 Фракционирование макрокомпонентов при вакуумной дистилляции стекол системы As-S В ряде процессов по получению высокочистых сульфидно-мышьяковых стекол используется вакуумная перегонка из расплавов [1,84]. Было замечено, что перегонка расплава стеклообразующего Состав соединения получаемого осложняется дистиллята фракционированием макрокомпонентов. отличался от исходного состава и был оптически неоднороден. Исследование процесса вакуумной перегонки расплава AS40S60 в условиях замкнутой

3.4. Фракционирование макрокомпонентов при вакуумной дистилляции стекол системы As-Se Вакуумная перегонка случае расплавов расплавов селенидно-мышьяковых стекол, как в стекол, может быть осложнена сульфидно-мышьяковых фракционированием макрокомпонентов. Нами было исследовано поведение макрокомпонентов в процессе дистилляционной очистки расплавов селенидномышьяковых стекол [157]. Образцы стекол с содержанием мышьяка 30 и 40 ат.% были получены плавлением простых веществ при температуре 750

Ключевым параметром, определяющим геометрические и волноводные характеристики световода, особенно одномодового, является разница в показателях преломления стекол сердцевины и оболочки (An). Показатель преломления стекол системы и As-S и As-Se определяется режимами соотношением отверждения макрокомпонентов температурно-временными расплава в стекло. Для изготовления одномодовых световодов и малоапертурных многомодовых световодов An должно иметь небольшое значение. Традиционный способ получе

3.5.1 Стекла системы As-S Получить расплавы для стекол сердцевины и оболочки, отличающихся соотношением в них мышьяка и серы, можно, используя фракционирование макрокомпонентов при вакуумной расплава. Конденсат из паров над расплавом вышеописанное исходного перегонке содержат больше мышьяка, чем исходный расплав и расплав, остающийся после отгонки. Расплав в ампуле, в которой конденсируют отгоняемые пары, при отверждении образует стекло для сердцевины световода. Расплав в ампуле, из котор

3.5.2 Стекла системы As-Se Фракционирование макрокомпонентов при вакуумной перегонке расплава селенидно-мышьяковых стекол в открытой системе дает возможность управляемо 114 получать стекла с заданным соотношением мышьяка и селена. Как видно из рисунка

3.8, состав полученных фракций дистиллята, отличается от состава исходного стекла и зависит от доли отогнанного расплава. Из них можно получить для изготовления волоконного световода с отражающей стеклянной оболочкой два стекла. Кубовый о

Выпускаемые промышленностью мышьяк, селен, теллур квалификации «ОСЧ» по содержанию газообразующих примесей не удовлетворяют требованиям для волоконной оптики. На рисунке

4.1, в качестве примера, представлен спектр пропускания селенидно-мышьякового стекла, где в качестве исходных веществ использованы мышьяк и селен квалификации «осч соответственно. 19-5» и «осч 22-4», н2о - SeH Н20 As-0 s~ я о СЗ V - - t j^CT ' Л I wГ S I гс с о о. с As -Se . , i . . Л 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

В таблице

4.1 представлено содержание и химическая форма примесей, в селене квалификации «ОСЧ22-4», «ОСЧ 17-3» Таблица

4.1 Содержание и химическая квалификации «ОСЧ 22-4», «ОСЧ 17-3» Метод определения Газохроматографический Лазерная ультрамикроскопия ИКспектроскопия примеси С0 2 , S0 2 , H 2 S, N 2 , Углерод элементарный Частицы размером

0.09-

0.12 мкм SeH Se0 2 Н 2 0, ОН форма примесей в селене содержание КУМО^масУо (2-20)xlO-J (8-20)хЮ7см"3 (1-3)хЮ-3 пхЮ&quo

Особо чистые стекла систем As-Se получали методом прямого синтеза. В качестве исходных веществ были использованы очищенные мышьяк и селен. Загрузку в кварцевый контейнер для синтеза проводили емкостей в вакууме. испарением из контейнер промежуточных По окончании загрузки отпаивали от вакуумной системы, помещали в качающуюся печь и при 119 температуре 800°С в течение 10 часов проводили синтез и гомогенизирующее плавление расплава стекла. После охлаждения расплава до 450 С контейнер извлек

4.3. Стекла системы As-S-Se* Для получения высокочистого стеклообразного сульфоселенида мышьяка наиболее простым способом является загрузка в кварцевый контейнер высокочистых сульфиднои селенидномышьяковых стекол в заданных соотношениях. Загрузку, обычно, осуществляют в боксе в инертной атмосфере. Затем контейнер вакуумировали с помощью турбомолекулярного насоса до давления (2-5)хЮ"6 мм рт ст с прогревом при температуре 150°С для удаления остаточных газов и адсорбированной воды. Посл

Стекла системы Ge-Sb-S, Ge-Se интересны для многих приложений в инфракрасной спектроскопии и волоконной оптики как материал, не содержащий токсичного мышьяка. Они прозрачны в широком спектральном диапазоне (

0.6 - 8 мкм), имеют высокую температуру стеклования (> 250 С), низкую энергию колебательных переходов, хорошую растворимость редкоземельных элементов, высокие нелинейные оптические характеристики [172, 173]. По этой причине они привлекательны для изготовления световодов с малыми

Одним из важнейших направлений использования ИК-световодов считается передача по ним технологических исследований излучения ССЬ (

10.6 мкм) лазера для медицинских и целей. Число публикаций были по данному на направлению получение ограничено. Усилия направлены халькогенидных стекол и на их основе изготовление световодов с пропусканием в области 10,6 мкм. Стеклообразный материал для передачи излучения СОг лазера должен характеризоваться к высоким пропусканием высокой в области 5-11 м

4.6. Особочистые стекла системы As-S-I Стекла системы мышьяк-сера-йод имеют широкую область стеклообразования, достаточно устойчивы к кристаллизации, имеют высокие значения показателя преломления (

2.0-

2.5), низкие значения температуры стеклования Tg. Стекла некоторых составов прозрачны в видимой области спектра. Благодаря этим свойствам они представляют интерес как иммерсирующие среды для различных оптических систем. Работ по получению стекол данной системы и исследован

Набор регламентируемых параметров волокна и их численные значения определяются целевым назначением световода. Эти параметры можно объединить в группы, определяющие те или иные качества световода, например, волноводные (оптические), механические, эксплуатационные. Оптические сердцевины, параметры световода . включают диаметр световедущей волокна, общий диаметр волокна, их колебания по длине концентричность сердцевины и отражающей оболочки, числовую апертуру волокна, материальную и волноводн

Стекла, используемые для изготовления оптических световодов, должны удовлетворять ряду требований. Эти требования относятся к области прозрачности и уровню оптических потерь, показателю преломления стекла сердцевины и оболочки и их спектральной зависимости, механической прочности, химической стабильности, склонности к кристаллизации и др. В таблице

5.1 приведены некоторые термические и оптические свойста халькогенидных стекол, позволяющие выбрать оптимальные температурно-временные режи

Одной из основных термических характеристик халькогенидных стекол, содержащих Ge, Sb, Se, Те, и теллуритных стекол, определяющих условия вытяжки световодов, является устойчивость интервале температур. Ряд исследований к кристаллизации в рабочем способа вытяжки по развитию халькогенидных световодов был выполнен на теллуритных стеклах, термические и кристаллизационные характеристики которых близки к таковым для халькогенидных стекол. Теллуритно-вольфраматные стекла были выбраны как модельные

Фотографии образцов теллуритных 1 и сульфидно-мышьяковых стекол 2 до (а) и после (б) термического воздействия. Повреждённые образцы больше не использовались. Эксперимент проводился до повреждения всех образцов. Термостойкость определялась как среднее арифметическое значение перепада температур Тп-Тв, при которой повреждены были все образцы. Термостойкость стёкол составов (Te02)o.s(W03)o.2, Te02)o,7(W03)o,22(La203)0,o8 AS40S60 равна (33±3) С. Полученные значения показывают, что данны

в Традиционные технологии изготовления волоконных световодов из халькогенидных стекол основываются на двух способах вытяжки, это метод « штабик-трубка» и вытяжка расплава из тигля. Выбор способа вытяжки в первую очередь определяется физико-химическими свойствами стекол, из которых вытягивается световод. Метод «штабик-трубка» предпочтителен для изготовления световодов из стекол с повышенной склонностью к кристаллизации. Использование метода осложнено в случае стекол, содержащих компон

Вытяжка световодов из тигля проводится при температуре, когда вязкость расплава находится в интервале 104 - 106 пуаз. В этом интервале температур возможны кристаллизация и микроликвация расплава, испарение из него 154 макрокомпонентов с повышенной летучестью. По отношению к этим процессам халькогенидные стекла можно разделить на следующие группы:

1) стекла, состоящие из индивидуального стеклообразователя (AS2S3, As2Se3, GeS2, GeSe2);

2) стекла из нескольких стеклообразователей, в

При изготовлении световодов тигельным методом образование и рост кристаллов может происходить при отверждении расплава в стекло, при отжиге образца для снятия механических напряжений, при разогреве стекол сердцевины и оболочки до температуры вытяжки в тигле и во время вытяжки. После первичного отверждения расплава в стекле появляются кристаллы с размерами больше критического радиуса зародышей кристаллической фазы. Их количество и распределение расположения по размерам кривых зависит от скорос

Халькогенидные стекла, содержащие несколько индивидуальных или условных стеклообразователей, способны к микроликвации [194]. Микроликвация расплавов сульфоселенидных стекол была обнаружена при вытяжке световодов из двойного тигля [195].* Многократные вытяжки волоконных световодов из сульфоселенидных стекол показали устойчивое увеличение оптических потерь на конечных участках световода по сравнению с начальным. Величина прироста оптических потерь зависела от состава стекол, температуры тигл

Оптические потери в световодах из стекол системы As-S-Se [195] № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 Стекло сердцевины AS36,2S29,lSe34,7 As39S32Se29 As39S32Se29 As38S36Se26 AS37,6S28,3Se34,l AS37,4S27,9Se34j AS35,2S35,2Se29,6 AS35,9S30,2Se33,9 Температура расплава, °C 332 340 335 335 330 300 297 297 Продолжительность вытяжки, час

1.5

0.4 1

1.5

0.5 3 4

1.5 Оптические потери, дБ/км начальный конечный участок участок 60 350 700 850 400 600 400 800 500 500 600 1500 200 10000 500 120

Еще одним типом дефектов, возникающим при получении световодов, являются свили - протяженные волнистые неоднородности. Их образование может быть обусловлено неоптимальными тепловыми полями и температурно- 161 временными режимами при отверждении расплавов, особенно содержащих макрокомпоненты с повышенной летучестью. В качестве примера, на рисунке

5.16 представлена фотография свилей, декорированных частицами из диоксида кремния, в стекле Ge2sSbi0S65 [139]. Рисунок

5.16. Фотография

Схема установки для вытяжки волоконных световодов рисунке

5.18. представлена на 7=ЕЗч/- Рисунок

5.18. Схема установки для вытяжки волоконных световодов 163 Основными функциональными частями установки являются: печь нагрева тигля и фильерного узла с блоками управления их температурными режимами 1; блок подготовки газов (БПГ) 2 для создания избыточных независимых стабилизированных давлений на расплавы стекол сердцевины и оболочки в тигле и подачи газа для создания инертной атмо

5.5.1 Методика эксперимента Для изготовления световодов из стекол, устойчивых к кристаллизации использовался «холодный» двойной тигель (рисунок

5.9). В тигель помещаются стекла в виде цилиндров, наилучшим образом согласованные по форме и размеру с емкостями для сердцевинного и оболочечного стекол. Возможна предварительная контролируется полировка чистота поверхностей среды и образцов. При загрузке для окружающей поверхности стекол предотвращения захвата примесей. Загруженные стекл

Наиболее устойчивы к кристаллизации стекла систем As-S и As-S-Se, что позволяет в одном процессе вытяжки использовать значительные массы стекла. Количество стекла, загружаемого в тигель, составляло от 400 до 800 г, что позволяло получать от 500 до 1000 м оптического волокна диаметром от 300 до 600 мкм. На рисунке

5.20 представлен температурно-временной режим разогрева и формования расплавов стекол As4oS6o (сердцевина) и AS39S61 (оболочка) массой 500 и 300 г соответственно в двойном «хол

Световод со ступенчатым профилем распределения показателя преломления работает в одномодовом режиме при выполнении соотношения [198] V = 2nR xNA/Л <2,405 где NA= (п I- п

2) (

5.3) номинальная числовая апертура, 2R- диаметр сердцевины, мкм; Я -длина волны в вакууме, мкм; Й; и «2 - соответственно показатели преломления стекол сердцевины и оболочки. Для одномодовых волоконных световодов характерны сравнительно малые значения числовой апертуры, составляющие от

0.1 до

5.5.4 Параметры световодов

5.5.

4.1 Оптические характеристики Многомодовые световоды Основными контролируемыми параметрами световодов являются оптические потери, числовая апертура, длина волны отсечки (для одномодовых световодов) и механическая прочность. Измерения спектров оптических потерь в волоконных световодах проводили известным двухточечным методом [200]. Для устранения оболочечных мод использовали иммерсирование входного и выходного концов световода 173 жидким галлием.

Механическая прочность изгиба согнутой петли оптических волокон определялась методом волокна между двумя сближающимися плоскопараллельными пластинами [206]. Напряжение излома (а) образцов световодов вычисляли по уравнению: СТ = Е-Е, (

5.4) где Е - модуль Юнга для стекла, 8 - относительное растяжение, равное s =

1.198*2r/(D-d), где г - радиус световода без покрытия, d - полный диаметр световода, D - расстояние между пластинами при изломе. На рисунке

5.29 показано распреде

Применение «холодного» двойного тигля нецелесообразно для вытяжки световодов из стекол с повышенной склонностью к кристаллизации. Это селенидно-мышьковые стекла с составами от 35 до 40 мол % As, стекла систем As-Se-Те, Ge-Se-Te. Температурно-временные условия разогрева таких стекол до вязкотекучего состояния и формования расплава по конфигурации тигля сопряжены с продолжительным временем температурной зоне, способствующей пребывания расплава стекла в приводит к кристаллизации, что увеличени

Для изготовления волоконных световодов из халькогенидных и теллуритных стекол, склонных к кристаллизации и содержащих макрокомпонент с повышенной летучестью, была разработана конструкция тигля, позволяющая использовать образцы стекла малых размеров [209]. Конструкция такого тигля (рисунок

5.32) и способ изготовления световодов обеспечивают минимальное время пребывания расплавов стекол в температурных интервалах, где возможны микроликвация, кристаллизация и интенсивное испарение лет

Последовательность операций подготовки и вытяжки световодов из тигля была следующей. Когда тигель находится в положении, показанном на рисунке

5.32, с помощью позиционера 3 по координатам А-А и В-В, устанавливается коаксиальность выходных отверстий (фильер) внутренней и внешней емкостей. Микрометрическим винтом 4 по координате С-С устанавливается необходимое расстояние между фильерами с одновременной герметизацией отверстия входного внешней емкости с помощью резинового уплотнителя 5 и