автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Микроструктурированные волоконные световоды с большой сердцевиной и низкими оптическими потерями

48587711

УДК 666.189.21, 666.22

Тер-Нерсесянц Егише Вавикович

МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ С БОЛЬШОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ И НИЗКИМИ ОПТИЧЕСКИМИ

ПОТЕРЯМИ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ноя 2011

Санкт-Петербург 2011

4858770

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор, Ю.Л. Гатчин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Э.С. Путилин;

кандидат технических наук Е.Б. Данилов

Ведущая организация: ФГУП "Научно-производственная корпорация "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова"

Защита диссертации состоится « 4$ » _44 2011 г. в 1Е часов на

заседании диссертационного совета Д 212.227.01 Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, пер. Грияцова, 14, ауд. 313-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб НИУ ИТМО.

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, секретарю диссертационного совета Д 212.227.01.

Автореферат разослан «_»_п 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одним из наиболее значительных достижений оптических технологий последних лет язляется создание микроструктурированных оптических волоконных световодов. Микроструктурированный световод (МС-световод) - это волокно со сплошной иди полой сердцевиной, окруженной структурой из воздушных отверстий, образующих светоотражающую оболочку. Такое волокно обладает рядом уникальных свойств по сравнению с традиционным волокном, имеющим сердцевину и оболочку из сплошных оптических сред. Особенно важно, что МС-световоды могут изготавливаться с заданными свойствами в широком диапазоне требуемых оптических характеристик. В частности, они обладают такими дисперсионными параметрами, которые при достаточно низких уровнях затухания позволяют проводить эффективные нелинейные преобразования сверхкоротких лазерных импульсов, обеспечивают высокие значения числовой апертуры и осуществляют как многомодовый, так и одномодовый режим распространения излучения в широкой области спектра. При этом сохраняются многие преимущества обычного оптического волокна - возможность передачи как цифровых, так и аналоговых сигналов, высокая помехозащищенность, высокая механическая прочность, радиационная устойчивость и устойчивость к агрессивным средам.

Необходимость использования МС-световодов в качестве оптоэлектронных элементов различных систем возникает в тех случаях, когда стандартное оптическое волокно не может обеспечить необходимых характеристик передаваемых или трансформируемых сигналов. В таких случаях обычно не требуется многокилометровое волокно, а МС-световоды длиной в несколько десятков мегров могут использоваться в различных системах в качестве нелинейного преобразователя сигнала или для организации локальней линии связи. К моменту начала настоящей работы появились первые публикации о возможности получения МС-световодов с большой сердцевиной -

более 10 мкм по принятой терминологии. К ним сразу же возник большой интерес, поскольку такие одкомодовые световоды с низкими оптическими потерями пригодны для осуществления передачи достаточно мощных лазерных световых потоков с минимальными нелинейно-оптическими искажениями. Сообщалось об опытных образцах МС-световодов с большой сердцевиной и оптическими потерями менее 10 дБ/км на длине волны 1550 нм. Детали технологии опубликованы не были, а в России ещё не было опыта изготовления таких световодов. Актуальность работы обусловлена не только наличием перспективных потребностей в МС-световодах, но и тем, что рынок такого волокна находится в начале своего формирования.

Одной из технологических проблем в процессе изготовления световода является проблема создания такой заготовки (преформы), в процессе вытяжки из которой можно получать финишное волокно с низкими оптическими потерями и обеспечивающего передачу в одномодовом режиме вводимого излучения в требуемом диапазоне спектра.

Таким образом, разработка основ технологии микроструктурированных волокон, в т.ч. и с большой сердцевиной, а также исследование характеристик получаемых световодов является актуальной задачей для современной волоконной оптики. Цели и задачи работы

Целью диссертационной работы является разработка основ технологии одномодовых микроструктурированных волоконных световодов с большой сердцевиной и низкими оптическими потерями.

Для достижения цели требуется решение следующих задач:

1. Разработка методики получения исходной заготовки (сборки) и способа формования сердцевины будущего волокна.

2. Разработка методики очистки сборки.

3. Исследование технологических параметров вытягивания волокна и стадийности получения продукта.

4. Определение геометрии световода, позволяющей осуществить режим одномодовой передачи излучения.

Защищаемые положения,

1. Одностадийный метод изготовления микроструктурированных световодов позволяет снизить потери излучения (в волокнах с 7-элементной сердцевиной) вследствие лучшей спекаемости элементов структуры по сравнению с двухстадишшм методом.

2. Выбор сырья с контролируемым содержанием гидроксильных групп для вытягивания капилляров, а также разработанные методы очистки поверхностей капилляров от механических примесей, позволяют минимизировать уровень оптических потерь в микрострукгурированиых световодах.

3. Распространение излучения в микроструктурированком световоде с большой 7-элеыенгаой сердцевиной обеспечивается в расширенном спектральном интервале по сравнению с одноэлементным аналогом за счёт-большей устойчивости фундаментальной моды к изгибу световода.

Научная новизна.

1. Показано, что увеличение диаметра сердцевины в гексагональной структуре приводит к росту оптических потерь в многомодовом режиме распространения излучения в коротковолновой области спектра.

2. Установлено, что минимальные оптические потери достигаются при одностадийном методе изготовления МС-световодов, обуславливающем хорошую спекасмость элементов структуры.

3. Показано, что замена одноэлементной сердцевины на 7-ми элементную позволяет расширить спектральную область одномодового режима распространения излучения.

4. Установлено, что при получении заготовки и вытягивании микроструктурированного волокна дополнительным источником гидроксильных групп в МС-световодах является их высокотемпературное внедрение в стекломассу элементоз сборки из окружающей среды.

Практическая значимость.

Разработанная технология позволяет создавать МС-световоды с большой сердцевиной (10-50 мкм) и с уровнем затухания излучения в световоде порядка 2-3 дБ/км, работающих как в одномодовом, так и в многомодовом режимах.

Апробация и публикация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Региональная научно-практическая конференция «Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе», (Йошкар-Ола, МГТУ, 2005 г., 2006 г.); 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005», Зеленоград, МИЭТ, 19-21 апреля 2005 г.; Международная научно-техническая конференция «А18"05» + «САЭ-2005», «А18"07» + «САО-2007», «Л15"08»+ «САВ-2008», п. Дивноморское, 2005, 2007, 2008 г.; 4-я Международная конференция молодых ученых и специалистов «0лтика-2005», Санкт-Петербург, 2005 г.; Международная конференция «Прикладная оптика-2006», Санкт-Петербург, 2006 г.; Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь 10-12 октября 2007 г.; Международная конференция «Прикладная оптика-2008» 20-24 октября 2008 г., Санкт-Петербург, XVII Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем. Яльчик-2010», 28 июня - 02 июля 2010г., Уфа, Международный оптический конгресс «Оптика XXI век», Международная конференция «Прикладная оптика-2010», 18-22 октября 2010 г., Санкт-Петербург.

Результаты опубликованы в 22 работах, из них 6 в изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендуемых ВАК.

Результаты диссертационной работы использованы при проведении научно-исследовательских работ в ФГУГ1 НИТИОМ ВИЦ ГОИ, а также для обучения и проведения производственно-технологической практики студентов СНбГУ ИТМО, о чём составлены соответствующие акты.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 130 стр. машинописного текста и содержит 48 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 137 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснованы актуальность данной работы, сформулирована основная цель исследования.

Первая глава представляет собой анализ современного состояния вопроса изготовления, исследования и использования микрострукгурированных световодов. В разделах 1.1 и 1.2 представлены основные характеристики волоконных световодов и исследованы имеющиеся данные о МС-световодах. Отмечено, что наиболее технологичным способом изготовления заготовок для вытягивания световодов является метод поликапиллярной сборки. Указано, что детали технологии, позволяющие получить низкий уровень потерь в МС-световодах, не опубликованы в доступной литературе.

В разделе 1.3 рассмотрены собенности МС-световодов со сплошной сердцевиной, в которых можно получать одномодовый режим распространения излучения в широком спектральном диапазоне.

Результаты предыдущих исследований свидетельствуют о том, что в МС-световоде одномодовый режим наблюдается в области значений к < 0.46, где параметр к определяется соотношением к = «З/А, где (1 - диаметр воздушного отверстия, Л - шаг структуры светоотражающей оболочки (рис. 1). При к > 0.46 наблюдается многомодовый режим распространения излучения с меньшим, чем

з обычном оптическом волокне, числом возбуждаемых мод. Для технологии особенно интересно то, что волокно с заданным соотношением к - Л/Л может быть неограниченно масштабировано без изменения структуры (т.е. соотношения ¿/Л) с сохраняением способности к поддержанию одномодового режима переноса излучения. Реализация масштабирования открывает возможность создания МС-световодов с большой сердцевиной.

Рис. 1. Микроструктурированное волокно со сплошной сердцевиной.

В разделе!.4. изучены световоды с полой сердцевиной и световоды с интегрированной структурой.

В разделе 1.5. описаны имевшиеся сведения о световодах с большой сердцевиной. Их можно разделить на два типа. Первый тип - многомодовые световоды с высокой апертурой (0,1-0,9). В них сплошная стеклянная сердцевина с диаметром до сотен мкм отделена от внешней конструкционной оболочки воздушной прослойкой, а опорой для сердцевины служат ультратонкие стеклянные мостики (перегородки) толщиной в несколько мкм. Это световоды с подвешенной сердцевиной. Второй тип - многомодовые и одномодовые световоды с диаметром световедущей сердцевины 10-50 мкм.

Анализ распространения излучения по таким МС-световодам показал, что одномодовый режим передачи излучения устанавливается при значении параметра к < 0.04. Практически реализация и воспроизведение структуры с к < 0.04 представляется весьма затруднительным. К моменту начала настоящей работы об изготовлении опытных образцов МС-световодов с большой сердцевиной сообщалось лишь в трех публикациях, в которых детали технологии не приводились.

В разделе 1.6. сформулированы цель и задачи работы.

Вторая глава посвящена разработке технологии изготовления исходных заготовок для вытяжки волокна. Решались следующие задачи:

1. Создание необходимой геометрической структуры МС-волокна в зависимости от его расчетных оптических характеристик.

2. Вытягивание световода требуемой длины с сохранением заданной геометрической структуры по всей длине световода.

3. Исследование внешних факторов, способствующих минимизации световых потерь при передаче излучения по световод)'.

В главе решаются вопросы затухания излучения, связанные с качеством сырьевых материалов и чистотой сборок, а также с параметрами процесса вытяжки волокна.

В разделе 2.1 изучены способы подготовки капилляров и изготовления преформ. Для изготовления заготовок для вытяжки был использован метод поликапиллярной сборки - набор кварцевых труб и стержней с круглыми наружными профилями. При подготовке капилляров для последующей сборки решались одновременно три задачи: выбор кварцевого стекла, обезвоживание поверхностей капилляров и обеспечение их чистоты, причем две последние решались и в процессе подготовки сборки, и в процессе ее перетяжки (создание

предволокна). Качество исходных материалов и чистота сборки определяют все дальнейшие параметры MC-световода - от заготовки до конечного продукта. Для установления влияния различных технологических приемов на результаты измерения оптического затухания был применён метод заключения исследуемого объекта в полимерную оболочку, в результате чего получается так называемый световод «кварц - полимер». Заготовка MC-световода в целом, либо её отдельные структурные элементы перетягивались в оптическое волокно диаметром 120-180 мкм с одновременным нанесением на него светоотражающего силиконового покрытия. Оптическое затухание в полученном таким образом световоде типа «кварц-полимер» характеризовало уровень потерь на различных стадиях техпроцесса.

В разделе 2.2. решается вопрос выбора материалов и способов очистки и обезвоживания капилляров и преформ. Для изготовления капилляров были отобраны трубы из кварцевого стекла F300, имевшие наименьшее содержание гидроксильных ipynn (ОН) < 0.5 ррт. Центральный микроштабик изготавливался из парофазного особочистого кварцевого стекла КУВИ с содержанием групп (ОН) < 10 ррт. По результатам измерения затухания излучения в полосах поглощения ОН" в интервале длин волн 800 - 1600 мкм делались выводы о степени обезвоживания исходных заготовок и преформ.

/Для очистки и обезвоживания поверхностей капилляров и заготовок, использовались следующие технологические приемы: а) химическая очистка (травление); б) очистка и осушка газами (продувка); в) высокотемпературная обработка. В процессе работы параллельно устанавливалось влияние различных видов подготовки опорной трубы, капилляров и центрального микроштабика на оптические свойства получаемого волокна. Контрольными образцами служили волокна, вытянутые из сборок, составленных из необработанных капилляров, микроштабиков и опорных труб.

Исследование влияния химической обработки и продувки на качество заготовок проводилось с использованием различных химических реагентов и газов. Образцы изучаемых заготовок исследовались в простом и удобном для изготовления виде и состояли из опорной трубы из кварцевого стекла КС4В и семи капилляров. Образцы были разделены на две или три части, одна из которых являлась контрольной, и каждая часть вытягивалась при температуре 2080 °С в «кварц-полимерное» волокно. Измерение потерь в разных опытах проводилось на «удобной» длине волны 750 нм. Применение указанных технологических приемов позволяло уменьшить затухание в обработанных образцах в 2-3 раза но сравнению с необработанным контрольным образцом.

В разделе_23. проведено исследование по снижению потерь в волокне с центральным микроштабиком. Результаты этих исследований имели большое значение для решения основной задачи - создания МС-световодов с большой сердцевиной. Исследования проводились на образцах, имеющих средний диаметр сердцевины около 8 мкм при внешнем диаметре световода в 100 мкм, что позволяло уверенно регистрировать выходящее из световода излучение. Исходные сборки представляли собой микроштабики из стекла КУВИ, окруженные семью капиллярами из кварцевого стекла марки КС4В. Применение стекол особой чистоты (марки Г;300) привело к снижению потерь излучения до уровня около 30 дБ/км на длине волны 1550 нм.

Дальнейшее снижение величины оптических потерь было осуществлено за счет очистки поверхности исходных элементов и сборки в целом от механических примесей и следов влаги. В конечном итоге в результате применения комплекса технологических операций уровень оптических потерь составлял < 10 дБ/км в области 1550 нм. Особо следует отметить мероприятия, препятствующие проникновению водорода в кварцезое стекло на всех этапах получения волоконного световода. Показано, что создание безводной атмосферы во внутри- и межкапиллярном пространстве исходной сборки для

получения МС-световода исключает высокотемпературную диссоциацию водяного пара и позволяет реализовать условия, когда содержание гидроксяла в материале световода не превышает его концентрацию в исходном стекле. Применение отожженных опорных труб способствует снижению концентрации гидроксильных групп в световоде. Очистка исходной сборки от чисто механических примесей также приводит к снижению потерь излучения. Соединение усилий по очистке сборки от механических примесей и мер, препятствующих проникновению водяных паров, позволило довести уровень потерь излучения до нескольких дБ/км на длине волны 1550 нм.

В разделе 2.4 описана технология изготовления заготовок (иреформ) и рассмотрены их особенности. Заготовки (сборки) МС-световодов изготавливались в геометрии, соответствующей назначению световода; они собирались из калиброванных трубок (капилляров) и штабиков (стержней) особочистых кварцевых стекол. Трубки и капилляры вытягивались и отбирались (с помощью специального устройства) непосредственно в лаборатории. Важно заметить, что точное соблюдение капиллярной структуры при укладке элементов и жёсткий контроль размеров отверстий, а также их местоположения, крайне необходимы для производства МС-световодов со специфическими свойствами.

Спектр пропускания световодов охватывал область длин волн излучения от 350 до 1600 нм. В ряде случаев вытяжке волокна предшествовала перетяжка сборки с целью уменьшения ее диаметра.

В третьей главе изучен процесс вытяжки волокна. Установка вытяжки позволяла получать оптическое волокно с погрешностями стабильности диаметра вытянутого волокна в пределах ± (КЗ) % для диаметров от 100 до 200 мкм. Температура вытяжки измерялась в пределах ± 10 °С в диапазоне 18002200 сС, скорость вытяжки на скоростях от 5 до 15 м/мин контролировалась в

пределах ± 0.2 м/мин. В опытах по вытягиванию волокна с вариациями скорости, диаметра заготовки и температуры было установлено влияние этих параметров на структуру производимых волокон. Определяющим моментом для осуществления процесса масштабирования является наличие у перетягиваемого вещества достаточно широкого температурного интервала вязко-пластичною состояния. Поскольку соотношение поверхностного натяжения и вязкости зависит от геометрии микроструктурированного световода, то для каждого типа световодов соотношение скорости и температуры вытяжки подбирались экспериментально для получения волокна с заданной и не нарушенной геометрией. Уточнение температуры процесса и скорости вытяжки волокна производилось на геометрически простых типах световодов с полой, сплошной и подвешенной сердцевиной. Окончательные рабочие температура и скорость вытяжки выбирались на основании экспериментальных измерений кодового состава готовых волокон и затухания излучения, направляемого по этим волокнам.

В разделах 3.1. и 3.2. исследованы зависимости геометрической упорядоченности структуры волокна от температуры и скорости вытяжки, приведены фотографии срезов микроструктурированных волокон. Стабильность геометрических соотношений в поперечном срезе вытягиваемого волокна (масштабирование) позволяет обеспечивать получение волокна с необходимыми свойствами, задаваемыми уже на этапе сборки.

В разделе 3.3. проанализировано управление спеканием сборки. Выяснилось, что предварительная очистка капилляров и заготовок, а также рекомендуемые температура и скорость вытяжки еще не обеспечивают достижения минимального уровня затухания. На затухание ихтучения оказывает большое влияние качество процесса спекания на стадии вытяжки. Корректируя методы очистки и меняя стадийность процесса, удалось управлять спеканием сборки и

получать в конечном итоге достаточно низкий уровень потерь (не больше 10 дБ/км). Исследования показали, что наименьший уровень потерь достигается тогда, когда сборка вытягивается из практически непротравленных, а просто промытых травящими растворами компонентов, т.е. влияние на качество спекания оказывает травление поверхности элементов сборки. В технологическом отношении это очень важный результат, обеспечивающий технологическое удобство подготовки сборки.

Было установлено, что при одностадийном процессе достигается значительно меньший уровень потерь проходящего по световоду излучения, чем в случае двухстадийной вытяжки волокна. Достигнутый уровень затухания составляет менее 5 дБ/км. Однако в специальных случаях может использоваться и двухстадийный процесс вытяжки волокна.

В-Шделе 3.4 описаны результаты изучения затухания сигнала в МС-световодах, связанного с вытеканием излучения. В многомодовых волокнах отдельные моды из числа вошедших в волокно не испытывают иолного внутеннего отражения и излучение вытекает за пределы световедущей жилы. Преимущество МС-световодов состоит в том, что можно минимизировать такие потери, управляя параметром к микроструктуры, т.е. соотношением между диаметром отверстия в структуированной оболочке и шагом структуры.

В некоторых образцах МС-световодов отмечен рост потерь излучения при движении от 1600 нм в коротковолновую область, если значение к было достаточно большим, около 0.8-0.9, а шаг структуры составлял более 6 мкм. Было установлено, что при определенном значении параметра к, постоянном для данной партии волокна и определяемом структурой исходной для вытяжки волокон заготовки, световедущие свойства получаемого волокна зависят от шага структуры. При относительно малом шаге структуры МС-световод демонстрирует световедущие свойства, причём при превышении некоторого порогового значения этого шага световодные свойства утрачиваются. Поэтому

специфические волноводные потери при разработке каждого конкретного типа МС-световода могут быть сведены к минимуму путем варьирования в определенных предела," геометрических параметров световода.

В четвертой главе изучены полученные световоды и приведены результаты исследований их свойств. В разделе 4.1 описаны МС-световоды с подвешенной сердцевиной. Особенностью таких световодов является очень большой диаметр их сердцевины - 100 мкм и, соответственно, высокая апертура (0,05-0,25), при многомодовом режиме работы. Изучено влияние толщины перегородок микрострутуры на световедущие свойства.

Раздел 4.2. посвящен исследованию особенностей геометрической структуры полученных МС-световодов со сплошной сердцевиной. Их геометрические параметры следующие: общий диаметр световода, удобного для эксплуатации, от 100 до 300 мкм, диаметр сердцевины от 10 до 30 мкм. При их изготовлении заменяются один или несколько центральных элементов исходной поликашшлярной сборки. Количество заменяемых сердцевиной элементов и количество циклов отверстий определялись экспериментально; они могли составлять 7 или 19 и от 2 до 7, соответственно. Толщины кварцевых перегородок делались миниально возможными, чтобы минимизировать световые потери при передаче излучения. Существует предельное значение шага структуры, при превышении которого свеговодные свойства волокна утрачиваются. Для структуры, в которой сердцевина представляла элемент, заменяющий один исходный капилляр, предельное значение шага структуры составляло 10 мкм. Структура с сердцевиной из 7 элементов позволяет осуществлять передачу излучения в одномодовом режиме с сердцевиной диаметром 20 мкм (при шаге структуры в 6.6 мкм), а структура с сердцевиной из 19 элементов - при диаметре сердцевины в 30 мкм (шаг структуры - 6.1 мкм).

В разделе 4.3 описано получение устойчивых к изгибу МС-световодов с большой сердцевиной. Как известно, имеется граница световодных свойств МС-волокон с гексагональной структурой, проявляющаяся в виде дополнительных потерь излучения при масштабировании. Граница потерь на изгибах волокна может быть сдвинута, если заменить 7 или 19 центральных элементов структуры единым стержнем. Примеры смещения коротковолновой границы спектра показаны на рис. 2. Приведены спектры оптических потерь (затухания) в волокнах с 19-элементной сердцевиной, замененной сплошным кварцевым стержнем (слева) и фотография горца волокна (справа).

£

а ?!

0

« I

1 ш

о е[ ® ^

з-?

С О

1200 1000 800 600 400 200 0

I

\

\ ч

ГЧ1 "ч

о с § 3 5 а г- 5 о ю о

Длина волны, нм

Рис.2. Спектры оптических потерь в волокнах с 19-элементной сердцевиной, замененной сплошным кварцевым стержнем (слева) и фотография торца волокна (справа).

Исследования проводились на волокнах, намотанных на стандартные катушки с радиусом изгиба в 8 и 16 см. Длины световодов составляли 10-20 м. Параметр к заполнения воздухом светоотражающей оболочки составлял - 0.25-0.3.

Также в этом разделе приведены результаты исследования полученных МС-световодов с диаметром сердцевины более 10 мкм. На рис. 3. приведен типичный спектр оптических потерь для образцов световодов с семиэлементной сердцевиной, полученный при одностадийном режиме

вытяжки и со смещенной границей изгибного поглощения в сравнении с литературными данными.

120

2

ш ч

s 80

а. ai

о 60 с

С!

| 40

о

о

s 20

h-

с

О п

\

V 1 2

|

1 |

\N 1 \

X /а àCJ

-1-

о о

h-

О О

о о со о

о о о

о о

о о о о

CN СО

о о ■ч-

о о

m

о о ш

Длина волны, нм

Рис. 3. Спектры оптических потерь световодов с сердцевиной около 20 мкм. Кривая 1 - экспериментальные данные, кривая 2 - литературные.

В разделе 4.4. изучается модовый состав МС-световодов с большой сердцевиной. Существование единственной моды приводит к сокращению угловой расходимости световодного излучения до величины, обусловленной самодифракцией светового пучка. Оказалось, что угловая расходимость излучения He-Ne лазера (633 нм) в световодах с сердцевиной диаметром 20 - 40 мкм составляла несколько сотых радиан, что соответствовало режиму распространения фундаментальной моды. Исследование модового состава излучения в многоэлементной сердцевине было также проведено методами модовых биений. Для этого излучение полупроводникового лазера, перестраиваемое в спектральной области 1520-1600 нм, вводилось в отрезки микроструктурированных световодов длиной от нескольких до десятков метров. Метод измерений описан в диссертации. Изучались образцы МС-световодов с семиэлементной сердцевиной и варьированием параметра к в пределах от ~ 0.19 до ~ 0.5. Спектры оптических потерь измерялись методом обрыва, а на электронном микроскопе были получены изображения торцов

волокон. Измерения оптических потерь проводились на отрезках волокон длиной в несколько десятков метров (максимальная длина 200 м), при определении картины модовых биений длины световодов составляли несколько метров для получения достаточного спектрального разрешения. Для длин волн 1550 им одномодовый режим получен при параметре воздушности к = 0,2.

В заключении сформулированы итоги проделанной работы. В ходе работы была достигнута основная цель - разработаны основы технологии одномодовых МС-световодов с большой сердцевиной для передачи излучения с минимальными нелинейно-оптическими искажениями и низкими оптическими потерями. Достигнуты следующие результаты:

1. Разработана методика получения исходной заготовки для вытяжки МС-волокна и способа формования его сердцевины.

2. Разработана методика очистки сборки и её элементов.

3. Проведено исследование параметров вытягивания волокна.

4. Определены геометрические параметры световода с 7-элементной сердцевиной, позволяющие осуществить режим одномодовой передачи излучения.

5. Получены одномодовые и многомодовые волокна с большой сердцевиной, в которых достигнут уровень затухания менее 3 Дб/км, что открывает перспективы их применения в научных и технических целях.

Разработанные основы технологии позволяют создавать микроструктурированные волокна с большой сердцевиной с уровнем затухания излучения в световоде менее 3 дБ/км, работающие как в одномодовом, так и в многомодовом режиме.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Работы ГОИ им. С.И. Вавилова по реализации микроструктурированных и фотонно-кристаллических оптических волокон // Труды Международных научно-технических конференций «Интеллектуальные системы» (AIS'05) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2005). М. Физматлит. 2005. Т.2. С. 308-313.

2. Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B. Методы очистки заготовок для производства фотонно-кристаллических кварцевых волокон // Микроэлектроника и информатика - 2005. 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Зеленоград, 19-21 апреля 2005 г. Тезисы докладов. М. 2005. С. 159.

3. Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B. Микроструктурированные световоды с аномально большой сердцевиной // Материалы 4 международной конференции молодых учёных и специалистов «0птика-2005», СПб, 2005 г.

4. Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B. Метод снижения оптических потерь в фотонно-кристаллическом кварцевом волокне // Сборник материалов региональной научно-практической конференции «Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе». Йошкар-Ола, МарГТУ. 2005 г. С.139- 143.

5. Дукельский К.В., Комаров A.B., Кондратьев Ю.Н., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Дырчатые световоды из поликапиллярной сборки с затуханием излучения в 10 дБ/км // Международная конференция «Прикладная оптика - 2006». Сб. трудов. СПб. 2006. Т.2. С. 216 -220.

6. Дукельский К.В., Комаров A.B., Кондратьев Ю.Н., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Аномальные коротковолновые потери излучения в дырчатых оптических волокнах // Международная конференция «Прикладная оптика-2006». Сб. трудов. СПб. 2006. Т.2. С. 221-223.

7. Дукельский К.В., Конюхов А.И., Мельников JI.A., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Теоретическое и экспериментальное исследование распространения излучения в дырчатых световодах с большими значениями шага структуры. // Международная конференция «Прикладная оптика - 2006», Сб. трудоз. СПб. 2006. Т.2. С. 224.

8. Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Влияние шага структуры дырчатого оптического волокна на его световодные свойства// Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 10. С. 80-85.

9. Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B. Микроструктурированные волокна с подвешенной сердцевиной // Сборник материалов региональной научно-практической конференции «Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе. Йошкар-Ола, МарГТУ. 2006 г. С. 136- 137.

10. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Работы ГОИ им. С.И.Вавилов по снижению затухания сигнала в микроструктурированных оптических волокнах. // Международная научно-техническая конференция «AIS"07», «CAD-2007». Сб. трудов. Физматлит. 2007. Т 2. С. 160-166.

11. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Устойчивые к изгибу микроструктурированные световоды с большой сердцевиной. //' Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь, 10-12 октября 2007 г. Спецвыпуск «Фотон-экспресс» - наука 2007». 2007. №6. С. 154-155.

12. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Микроструктурированные световоды с большой сердцевиной // Оптический журнал. 2007. Т. 74. №12. С. 62-65.

13. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Козлов A.C., Комаров A.B., Петров М.П., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Модовый состав дырчатых

волокон с большой семиэлементной сердцевиной // Оптический журнал. 2008. Т. 75. №11. С. 73-76.

14. Dukel'skii K.V., Komarov A.V., Khokhlov A.V., Ter-Nersesyantz E.V., Shevandin V.S. "7- and 19-element-core bend-resistant microstructured fibers" // Trans. Tech. Publication, Advances Mat. Research. 2008. V 39-40. pp. 261-264.

15. Дукельский K.B., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц E.B., Хохлов A.B., Шевандин B.C., Агрузов П.М., Козлов A.C., Петров M.II. Работы ГОИ им. С.И. Вавилова по созданию микроструктуированных световодов с дифракционной расходимостью излучения. // Международная научно-техническая конференция «AIS"08», «CAD-2008». Сб. трудов. Физматлит. 2008. Т. 2. С. 396-399

16. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C., Агрузов П.М., Козлов A.C., Петров М.П. Одномодовые дырчатые оптические волокна с большой сердцевиной и расширенным рабочим спектральным диапазоном // Международная конференция «Прикладная оптика-2008», Сб. трудов, СПб. 2008. Т.2. С. 249-252.

17. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Снижение затухания излучения в микростркгурированных световодах из полткапиллярной сборки до 2-3 ДБ/км // Международная конференция «Прикладная оптика-2008», Сб. трудов. СПб. 2008. Т.2. С. 253256.

18. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Разработка микроструктурированных световодов с большой сердцевиной и исследование их оптических свойств // Оптический журнал. 2010. Т. 77. №1. С. 77-81.

19. Дукельский К.В., Гатчин Ю.А., Поляков В.И., Тер-Нерсесянц Е.В., Коробейников А.Г. Уменьшение потерь в полимерном фотонно-кристаллическом волокне. // Сборник материалов XVII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем. Яльчик-2010», ИФМК УИЦ РАН, Уфа, 2010, С. 40-44.

20. Коробейников А.Г., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Гатчин Ю.А. Разработка фотоино-кристаллического оптического волокна с большой сердцевиной // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО-СПб: СПб, 2010 г., №2(66). С. 122.

21. Дукельский К.В., Коробейников А.Г, Тер-Нерсесянц Е.В. Методы уменьшения оптических потерь в фотонно-кристаллическом оптическом волокне // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО-СПб: СПб, 2010 г. №3(67). С. 5-11.

22. Агрузов П.М., Демидов В.В., Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Микроструктурированные одномодовые световоды на основе кварцевого стекла с большой сердцевиной, использующие конкуренцию мод. //Международная конференция «Прикладная оптика - 2010», Сб. трудов. СПб, 2010 г. Т. 2. С. 192-196.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233 4669 объем 1 пл. Тиране 100 экз.

Оглавление

Введение

Глава 1. Микроструктурированные волоконные световоды

1.1. Характеристики волоконных световодов

1.2. Обзор истории создания микроструктурированных световодов

1.3. Особенности микроструктурированных световодов со сплошной сердцевиной.

1.4. Световоды с полой сердцевиной и с интегрированной структурой.

1.5. Световоды с большой сердцевиной . ^

1.6. Постановка задачи

Глава 2. Разработка технологии изготовления исходных заготовок

2.1. Способы подготовки и исследования капилляров и преформ

2.2. Выбор материала, очистка и обезвоживание капилляров и преформ

2.3. Исследование заготовок микроструктурированных волокон с центральным микроштабиком.

2.4. Изготовление заготовок (преформ) и их особенности.

Глава 3. Технология вытяжки микроструктурированных световодов.

3.1. Исследование зависимости геометрической упорядоченности структуры волокна от температуры вытяжки

3.2. Влияние скорости вытягивания волокна на его структуру

3.3. Управление спеканием сборки.

3.4. Исследование специфики затухания сигнала в микроструктурированных волокнах, обусловленного особым механизмом вытекания излучения

Глава 4. Микроструктурированные световоды с большой сердцевиной

4.1. Микроструктурированные волокна с подвешенной сердцевиной

4.2. Выбор геометрической структуры световодов с большой сердцевиной

4.3. Микроструктурированные световоды с большой сердцевиной, устойчивые к изгибу

4.4. Модовый состав микроструктурированных волокон с большой сердцевиной

Одним из наиболее значительных достижений оптических технологий последних лет является создание микроструктурированного оптического волокна.

Микроструктурированное оптическое волокно и его разновидность, иначе называемая фотонно-кристаллическим оптическим волокном и обладающая свойствами фотонного кристалла, представляют собой волокна со сплошной или полой сердцевиной, окруженной периодической структурой из воздушных отверстий, образующих светоотражающую оболочку. Такие волокна обладают рядом уникальных свойств по сравнению с волокном, изготовляемым по традиционной технологии, когда сердцевина и оболочка изготовлены из сплошных оптических сред. Особенно важно, что микроструктурированное волокно может изготавливаться с заданными свойствами в широком диапазоне требуемых оптических или иных физических величин. В частности, микроструктурированное волокно обладает такими дисперсионными характеристиками, которые при достаточно низких уровнях затухания позволяют выполнять эффективные нелинейные преобразования сверхкоротких лазерных импульсов, получать высокие значения числовой апертуры и осуществлять как многомодовый, так и одномодовый режим распространения излучения в аномально широкой области спектра. При этом сохраняются многие преимущества обычного оптического волокна -возможность передачи как цифровых, так и аналоговых сигналов, высокая помехозащищенность, высокая механическая прочность, радиационная стойкость и устойчивость к агрессивным средам.

Необходимость использования микроструктурированного оптического волокна в качестве оптоэлектронных элементов датчиков различных систем возникает в тех случаях, когда стандартное связное оптическое волокно не может обеспечить необходимых параметров как передаваемых, так и трансформируемых оптическим волокном сигналов. Как правило, в таких случаях не требуется волокно, имеющее длину, исчисляемую десятками и сотнями километров.

Указанные выше свойства микроструктурированных волокон в сочетании с современными потребностями в них науки и промышленности, в частности, оборонной техники, обуславливают актуальность работы.

Особенностью современной промышленности является наличие и все большее внедрение автоматизированных систем управления или мониторинга, в которых оптическое волокно используется как в качестве нелинейного преобразователя сигнала, так и в качестве элемента локальной линии связи [1-2]. Современные волоконно-оптические датчики на основе оптического волокна позволяют измерять практически все необходимые параметры давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения или линейного перемещения, ускорение, величину деформации, коэффициент преломления, характеристики электрических и магнитных полей, концентрации газов, дозу радиационного облучения и т.д.

Перспективность использования микроструктурированных волокон с управляемыми свойствами в качестве датчиков физических величин показана, в частности, в работах [3-6]. Области применения датчиков и линий передачи с микроструктурированными волоконно-оптическими элементами, имеющими заданные свойства, практически безграничны — это, например, авиация и космонавтика, нефтяная и газовая промышленность, экология и медицина, транспорт, электроэнергетика, пожароопасные и взрывоопасные производства, атомная промышленность и изделия оборонной техники. Особенно интересной областью применения является использование оптических световодов при создании мощных лазерных систем для запуска процесса управляемой термоядерной реакции.

Результаты литературного обзора показали все более увеличивающийся интерес разработчиков из различных стран к микроструктурированному ! волокну и постоянную их работу над технологией создания различных типов таких волокон. К тому же, такие волокна являются интересным объектом для фундаментальных исследований, позволяющим выявлять новые физические закономерности.

Основной технологической проблемой в процессе изготовления микроструктурированного световода является проблема создания такой заготовки (преформы), в процессе вытяжки из которой в финишном волокне можно будет получить низкие оптические потери. А для волокон с большой сердцевиной (по принятой терминологии с диаметром более 10 мкм), способных передавать излучение достаточно мощных лазеров, существует проблема обеспечения передачи вводимого излучения в одномодовом режиме в требуемом диапазоне энергий излучения. Задача решения этих двух проблем и легла в основу настоящей работы.

Экспериментальная часть работы была выполнена в лаборатории волоконной оптики Научно-исследовательского и технологического института оптического материаловедения ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова».

Актуальность работы была обусловлена не только наличием перспективных потребностей в оптических волокнах с определенными свойствами, которые могут быть осуществлены только в микроструктурированных волокнах, но и тем, что рынок такого волокна и в мире, и особенно в России, находится в начале своего формирования.

Выполнению работы способствовали значительный научный задел в СПбГУ ИТМО и ФГУП НИТИОМ и наличие экспериментальной и технологической базы ФГУП НИТИОМ.

Цель работы состоит в разработке основ технологии получения одномодовых и многомодовых микроструктурированных волоконных световодов с большой сердцевиной и низкими оптическими потерями.

Задачи работы.

1. Разработка методики получения исходной заготовки (сборки) и способа формования сердцевины будущего волокна.

2. Разработка методики очистки сборки.

3. Исследование технологических параметров вытягивания волокна и стадийности получения продукта.

4. Определение геометрии световода, позволяющей осуществить режим одномодовой передачи излучения.

Структура диссертации.

В разделе 1 на основании опубликованных данных проведен анализ современного состояния технологии микроструктурированных световодов и областей их применения и обоснованы цели и задачи настоящей работы.

В разделе 2 обсуждается методика (основы технологии) получения исходных заготовок, использованная при изготовлении микроструктурированных волокон с заданными свойствами, поскольку от правильного и качественного изготовления исходной заготовки во многом зависят свойства конечного продукта - микроструктурированного волокна.

В разделе 3 рассмотрены получаемые в процессе вытягивания характеристики оптического волокна в зависимости от условий подготовки преформ и параметров вытяжки. Определены оптимальные скорость и температура вытяжки. Изучены особенности затухания излучения в создаваемых микроструктурированных волокнах. Найден способ уменьшения изгибных потерь и обнаружены факторы, ограничивающие уменьшение затухания оптического излучения.

Раздел 4 посвящен решению основной задачи - созданию и исследованию микроструктурированных световодов с большой сердцевиной, низкими оптическими потерями и расширенным рабочим спектральным диапазоном.

Работа включает 130 стр., в том числе 48 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 136 наименований.

Научная новизна результатов работы

1. Показано, что увеличение диаметра сердцевины в гексагональной структуре приводит к коротковолновому росту оптических потерь в многомодовом режиме распространения излучения.

2. Установлено, что минимальные оптические потери достигаются при одностадийном методе изготовления МС-световодов, , обуславливающем хорошую спекаемость элементов структуры.

3. Показано, что замена одноэлементной сердцевины на 7-ми элементную позволяет расширить спектральную область одномодового режима распространения излучения.

4. Установлено, что при получении заготовки и вытягивании микроструктурированного волокна дополнительным источником гидроксильных групп в МС-световодах является высокотемпературное внедрение в стекломассу гидроксила из окружающей среды.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Одностадийный метод изготовления микроструктурированных световодов позволяет снизить потери излучения (в волокнах с 7-элементной сердцевиной) вследствие лучшей спекаемости элементов структуры по сравнению с двухстадийным методом.

2. Выбор сырья с. контролируемым содержанием гидроксильных групп для вытягивания капилляров, а также разработанные методы очистки поверхностей капилляров от механических примесей, позволяют минимизировать уровень оптических потерь в микроструктурированных световодах.

3. Распространение излучения в микроструктурированном световоде с большой 7-элементной сердцевиной обеспечивается в, расширенном спектральном интервале, по сравнению с одноэлементным аналогом, за счёт большей устойчивости фундаментальной моды к изгибу световода.

Практическая значимость.

Разработанная технология позволяет создавать микроструктурированные волокна с большой сердцевиной и с уровнем затухания излучения в световоде менее 2 -,3 дБ/км, работающих как в одномодовом, так и в многомодовом режиме. Технология; может быть применена ш для получения других типов» микрострурированных волокон.

Апробация и публикация результатов работы:

Основные результаты^ работы, докладывались и обсуждались- на . следующих конференциях: Региональная научно-практическая конференция л. «Информационные технологии в профессиональной деятельности й научной работе»; (Йошкар-Ола, МГТУ, 2005 г., 2006 г.); 12-я Всероссийская-межвузовская. научно-техническая конференция-студентов и аспирантов. «Микроэлектроника и; информатика - 2005», Зеленоград, МИЭТ, 19-21 апреля 2005 г.; Международные научно-технические конференции «А18"05» + «САБ-2005», «А18"07» + «СА13-2007», «А18"08»+ «СА1>2008», п. Дивноморское, 2005, 2007, 2008 г.; 4-я Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2005», Санкт-Петербург, 2005 г.; Международная конференция «Прикладная оптика-2006», Санкт-Петербург, 2006 г.; Всероссийская конференция:по'волоконной оптике. Пермь 10-12 октября;2007 г.; Международная конференция «Прикладная оптика-2008», 20-24 октября 2008 г., Санкт-Петербург; XVII Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем. Яльчик-2010», 28 июня - 02 июля 2010г., Уфа;

Международная конференция «Прикладная оптика». 18-22 октября 2010 г., Санкт-Петербург.

Результаты опубликованы в 23 работах, из них 6 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Результаты диссертационной работы использованы при проведении научно-исследовательских работ в НИТИОМ ВНЦ ГОИ, а также для обучения и проведения производственно-технологической практики студентов СПбГУ ИТМО, о чём составлены соответствующие акты.

Результаты исследования модовых биений в микроструктурированных волокнах сведены в таблицу 4.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы была решена основная поставленная задача - разработаны основы технологии и были получены одномодовые микроструктурированные световоды с большой сердцевиной (с диаметрами до 50 мкм) для передачи излучения с минимальными нелинейно-оптическими искажениями и низкими оптическими потерями. В ходе работы выполнено следующее:

1. Разработаны основы технологии нескольких типов микроструктурированных световодов и исследованы их свойства. Получены одномодовые и многомодовые волокна с большой сердцевиной.

2. Достигнут уровень затухания менее 3 Дб/км, что характерно для световодов небольших длин, используемых в научных и технических целях.

3. Полученные образцы микроструктруированных световодов использованы при выполнении ряда научно-исследовательских работ в лаборатории волоконной'оптики НИТИОМВНЦ ГОИ.

Получены следующие научные результаты:

1. Показано, что увеличение диаметра сердцевины в гексагональной структуре приводит к коротковолновому росту оптических потерь в многомодовом режиме распространения-излучения.

2. Установлено, что минимальные оптические потери достигаются при одностадийном методе изготовления МС-световодов, обуславливающем хорошую спекаемость элементов структуры.

3. Обнаружено, что замена одноэлементной сердцевины на 7-ми элементную позволяет расширить спектральную область одномодового режима распространения излучения.

4. Установлено, что дополнительным источником гидроксильных групп в МС-световодах является высокотемпературное внедрение гидроксила из окружающей среды в стекломассу элементов сборки при получении заготовки и вытягивании микроструктурированного волокна.

1. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы //М. Физматлит. 2001. 272 с.

2. Волоконно-оптические датчики и измерительные системы, I-III (сессия АЗ-А5) // Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь, 10-12 октября 2007 г. Спецвыпуск «Фотон-экспресс» наука 2007». 2007. №6. С. 38-76.

3. Желтиков A.M. Оптика микроструктурированных волокон // М. Наука, 2004. 281 с.

4. Наний O.E., Павлова Е.Г. Фотонно-кристаллические волокна // LIGHTWAVE. Russian edition. 2004. №3. P. 47-53.

5. Коркишко Ю.Н., Федоров В:А., Кострицкий С.М. Фотоника волноводных наноразмерных структур // В кн. Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А.Чаплыгина. «Техносфера». М. 2005. С. 286-305.

6. Конференция OFC'2002 новые перспективные волоконно-оптические направления // Фотон-экспресс. 2002. №25.

7. Е. В. Тер-Нерсесянц, А. В. Хохлов. Микроструктурированные световоды с аномально большой сердцевиной // Материалы 4 международной конференции молодых учёных и специалистов «0птика-2005», Санкт-Петербург, 2005 г.

8. Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Влияние шага структуры дырчатого оптического волокна на его световодные свойства // Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 10. С. 80 85.

9. Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шавендин B.C. Микроструктурированные световоды с большой сердцевиной // Оптический журнал. 2007. Т. 74. №12. С. 62-65.

10. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Козлов A.C., Комаров A.B., Петров М.П., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Модовый состав дырчатых волокон с большой семиэлементной сердцевиной // Оптический журнал. 2008. Т. 75. №11. С. 73-76.

11. Dukel'skii K.V., Komarov A.V., Khokhlov A.V., Ter-Nersesyantz E.V., Shevandin V.S. "7- and 19-element-core bend-resistant microstructured fibers" // Trans. Tech. Publicftion, Advances Mat. Research. 2008. V 39-40.

12. Агрузов П.М., Дукельский К.В., Комаров A.B., Тер-Нерсесянц В.Е., Хохлов A.B., Шевандин B.C. Разработка микроструктурированных световодов с большой сердцевиной и исследование их оптических свойств // Оптический журнал. 2010. Т. 77. №1. С. 77-81.

13. Коробейников А.Г., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Гатчин Ю.А. Разработка фотонно-кристаллического оптического волокна с большой сердцевиной // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО-СПб: СПб, 2010 г., №2(66) С. 122.

14. Дукельский К.В., Коробейников А.Г, Тер-Нерсесянц Е.В. Методы уменьшения оптических потерь в фотонно-кристаллическом оптическом волокне // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО-СПб: СПб, 2010 г., №3(67) С. 5-11.

15. Саттаров Д.К. О роли волоконной оптики в науке и технике. Волоконная оптика. Материалы межотраслевого совещания по волоконной оптике. М. 1975. Вып. 3,ч.1. С. 5-27.

16. Капани Н.С. Волоконная оптика. Пер. с английского. Под. Ред. В.Б.Вайнберга и Д.К. Саттарова. «Мир», Москва 1969. 464 с.

17. Keck D.B., Scultz P.C. and Zimar F. Method of forming optical waveguide fibers. Патент США № 3.737.292, опубл. 05.06.1973, заявл. 03.01.1972.

18. Шевандин B.C. Кварцевые волоконные световоды с особыми оптическими и механическими свойствами. // Диссертация на- соискание ученой степени доктора технических наук. С-Пб. 2006. Глава 1.

19. Стерлинг Дональд Дж., младший. // Техническое руководство по волоконной оптике. М. «Лори». 1998. 288 с.

20. Keiser P., Marcatili E.A.J, aand Miller S.E. A new optical fiber. // Bell. Syst. Tech. J., 1973, v. 52, Feb. P. 265-269.

21. Саттаров Д.К., Сафиуллина C.C., Белкина Л.А., Трофимова Л.С., Печерская К.П. Волоконные волноводы для линий оптической связи. // Материалы межотраслевого совещания по волоконной оптике. М. 1975. Вып. 3, ч.1. С. 231-241.

22. Сатаров Д.К., Сафиуллина С.С., Л.А. Белкина Л.А. Конструкции волоконных световодов для оптических линий связи. //Волоконно оптические линии-связи. М. 1977. Вып.2. 4.2. С. 5-60.

23. Сатаров Д.К. Исследования по оптике, конструкциям и технологии волоконных световодов для BOJIC // Волоконно-оптические линии связи. М. 1978. Вып. 1 (4). С. 35-73.

24. Бирюков А.С., Богданович Д.В. Брегговские волоконные световоды: методы исследования и последние достижения // Научная сессия МИФИ-2005. С.268-269.

25. Yablonovitch Е. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics // Phys. Rev. Lett., 1987, V.58. P. 2059-2061.

26. Yablonovitch E., Gmitter T.J., Leung K.M. Photonic band structure: The face-centred-cubic case employing nonspherical atoms // Phys. Rev. Lett., 1991, V. 67, P. 2295-2297.

27. Inoue K., Wada M., Sakoda K., Yamanaka A., Hayashi M., Haus J.W.// Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 1994, V.33, p. L1463-1465.

28. Nonucci R.J., Justos B.L., Campillo A.J., Ford C.E. Fabrication nanochyannel glass // Science, 1992, V. 258, P. 782-783.

29. Birks T.A., Roberts P.J., Russel P.St.J., Atkin D.M. and Shepard T.J. Full 2-d photonics bandgaps in silica/air structures. Electron. Lett. 1995, V. 31, N. 22, pp. 1941-1943.

30. Knight J.C., Birks T.A., Russel P.St.J. and Atkin D.M. All-silica single-mode optical fiber with photonic crystall cladding. Opt. Lett., 1996, V. 21, N. 19, pp. 15471549.

31. Birks T.A., Knight J.C., Russel P.St.J. Endlessy single-mode photonic crystal fiber. Opt. Lett. ,1997, V. 22. N. 13., pp. 961-963.

32. Knight J.C., Birks T.A., Russel P.St.J. and de Sandro J.P. Properties of photonic crystal fiber and the effective index model // J. Opt. Am. Soc. A, 1998, v. 15, N. 3, p. 748-752.

33. Knight J.C., Birks T.A., Cregan R.F., Russel P.St.J. and de Sandro J.P. Large mode area photonic crystal fiber. \\ Electron. Lett. , 1998, v. 34, N. 13, p. 13471348.

34. Petermann К. Fundamental mode microbending loss in graded-index and W fibers //Opt. and Quant Electron. 1977. V. 9. N. 2. P. 167-175.

35. Marcuse D. Loss analysis of single-mode fiber splices // B.S.T.J. 1977. V.56. N.5. P.703-718.

36. Knight J.C., Broeng J., Birks T.A., Russel P.St.J. Photonic band gap guidance in optical fibers// J. Science. 1998, V. 282 (5393). P. 1476 1478.

37. Cregan R.F., Mangan В .J., Knight J.C., Birks T.A., Russel P.St.J., Allan D.C., Roberts P. Singlt-mode photonic band gap guidance of light in air // J. Science, 1999, т. 285, P. 1537-1539.

38. Коноров C.O., Федотов А.Б., Колеватова O.A., Белоглазов В.И., Скибина Н.Б., Щербаков А., Желтиков A.M. Собственные моды полых фотонно-кристаллических волокон // Письма в ЖЭТФ, 2002, т. 76, с. 401.

39. Smith С.М., Venkataraman N., Gallagher M.T., West J.A., Borelli N.F., Allan D.C., Koch K. // Nature, 2003, v. 424, p. 657.

40. Алфимов M.B., Желтиков A.M., Иванов A.A., Белоглазов В.И., Кириллов Б.А., Магницкий СМ.А., Тарасишин А.В., Федотов А.Б., Мельников JI.A., Скибина Л.Б., // Письма в ЖЭТФ, 2000, т. 71, с. 714.

41. Федотов А.Б., Желтиков A.M., Мельников Л.А., Тарасевич А.П., фон дер Линде Д. // Письма в ЖЭТФ, 2000, т. 71, С. 407.

42. Желтиков A.M. "Дырчатые волноводы"// Успехи физических наук, 2000, Т. 170, №11. С. 1203- 1215.

43. Mortensen N.A. Effecctive area of photonic fibers // Optics express. 2002. У.10. No 7. P. 341-348.

44. Nielsen M.D., Mortensen N.A. Photonic crystal fiber design based on the V- Parameter // Optics express. 2003. V.ll. No 21. P. 2762-2768.

45. Mortensen N.A., Folkenberg J.R., Skovgaard P.M. W., Broeng J. Numerical aperture of Single mode photonic crystaal fibers // Ieee Photon Techn. Lett. 2002. V. 14. No 8. P. 1094-1096.

46. Nielsen M.D., Folkenberg J.R., Mortensen N.A., Bjarklev A. Bandwidth comparison of photonic crystal fibers and conventional single-mode fibers // Optics express. 2004. V. 12. № 3. P.430-435.

47. Nielsen M.D., Mortensen N.A., Albertsen M., Folkenberg J.R., Bjarklev A., Boncinni D. Predicting macrobending loss for large area photonic crystaal fibers // Optics express. 2004. V. 12. № 8. P.1775-1779.

48. Wilcox S., Botten L.C., Martijn de Sterke C., ICuhlmey B.T., McPhedran R.C., Fussell D.P., Tomljenovic-Hanic S. Long wavelength behavior of the fundamental mode in microstructured optical fibers // Opt. Express, 2005, V.13, N. 6, P. 19781984.

49. Ferrarini D., Vincetti L., Zoboli M., Cucinotta A., Selleri S. Leakage properties of photonic crystal fibers // Opt. Express, 2002, v. 10, N. 23, P. 1314-1319.

50. Yan M. and Shum P. Antiguiding in microstructured optical fibers // Opt. Express, 2003, v. 12, N. 1,P. 104-116.

51. Gander M.J., McBride R., Jones J.D.C., Mogilevtser D., Birks T.A., Knight J.C. and Russel P.St.J. Experimental measurement of group velocity dispercion in photonic crystal fiber // Electr. Lett., 1999, v.35, N. 1, P. 63-64.

52. Желтиков A.M. Да будет белый свет: генерация суперконтируума сверхкороткими лазерными импульсами // УФН. 2006. Т. 176, №6. С. 623-649.

53. Желтиков A.M. Микроструктурированные световоды для нового поколения волоконно-оптических источников и преобразователей световых импульсов // УФН. 2007. Т. 122, №7. С. 737-762.

54. Ferrando A., E. Silvestre E., P. Andres P., J.J. MiretJ.J. and M.V. Andres M.V. Designing the properties of dispersion-flattened photonic crystal fibers // Opt. Express, 2001, v. 9, N. 13, P. 687-697.

55. Reeves W.M., Knight J.C., Russel P.St.J. and Roberts P.J. Demonstration of ultra-flattened dispersion in photonic crystal fibers // Opt. Express, 2002, v. 10, N. 14, P. 609-613.

56. K. Furusawa, A. Malinowskj, J.M.V. Price, T.M. Monro, J.K. Suhu, J. Nilsson and D.S. Richardson. Cladding-pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding // Opt. Express, 2001, v.9, N. 13, P. 714-720.

57. Knight J.C., Birks T.A., Cregan R.F., Russel P.S.J., de Sandro J.P. Photonic crystals as optical fibres physics and applications // Opt. Mater., 1999, V.ll, P. 143-151.

58. Wadsworth W.J., Knight J.C., Ortigosa-Blanch A., Arriaga J., Silvestre Е/. Russel P.S J. Solution effects in photonic crystal fibers at 850 nm // Electron. Lett., 2000, V.36,P. 53-55.

59. Monro T.M., Richardson D.J., Broderick N.G.R., Bennet P.J. Holey optical fibers: efficient modal model. // J. Lightwave tech. 1999. V. 17. № 6. P. 1093 -1102.

60. Cregan R.F., Mangan В .J., Knight J.C., Birks T.A., Russel P.St.J., Roberts P.J., Allan D.C. Single-mode photonic band gap guidance of light in air // Science, 1999, v. 285, pp. 1537-1539.

61. Y.Xu, A. Yariv, et. al. First demonstration of air-silica Bragg fiber // J. Opt. Soc. Am. 2003. V. P. .

62. Дукельский K.B., Кондратьев Ю.Н., Хохлов A.B., Шевандин B.C., Желтиков A.M., Коноров С.О., Федотов А.Б. Фотонно-кристаллический световод с полой сердцевиной для нелинейной спектроскопии газовых сред // Оптический журнал, 2005, т.72, №7, с. 61-63.

63. Issa N.A., Ardyros A-., M'.A. van Eijke-Lenbord M.A. and Zagari J. Identifying hollow waveguide guidance in air-cored microstructured optical fibers // Opt. Express, 2003, v. 11,N. 9, pp. 996-1001.

64. Bouwmans G., Luan F., Knight J.C., Russel P.St.J., Farr L., Mangan B.J. and Sabert H. Properties of a hollow-core photonic bandgap fiber at 850 nm wavelength // Opt: Express, 2003, v.l 1, N. 14, pp. 1613-1620.

65. Humbert G., Knight J.C., Bouwmans G., Russel PiSt.J., Williams D:P., Roberts P.J., Mangan B.J. Hollow core photonic crystal fibers for beam- delivery // Opt. Express, 2004, v.12, N. 8, pp. 1477-1484.

66. Saitoh K. and Koshiba M. Leakage loss and group velocity dispersion in air-core photonic bandgap fibers // Opt. Express, 2003, v.l 1, N. 23, pp. 3100-3109.

67. Kim H.K., Digonnet M.G.F., KinoG.S., Shin-J. and Fan S. Simulation of the effect of the core ring on surface and air-core modes in photonic bandgap fibers // Opt. Express, 2004, v. 12, N. 15, pp. 3436-3442.

68. P!J. Roberts P.J., F. Couny F., H. Sabert H., B.J. Mangan B.J., D.P. Williams D.P., L. Farr L., M.W. Mason M.W., A. Tomlison A., T.A. Briks T.A., J.C. Knight' 124

69. J.G. and P.St.J. Russell P.St.J. Ultimate low loss of hollow-core photonic crystaql fibres // Opt. Express, 2005, v.13, N. 1, pp. 236-243.

70. Chen X., Li M.-J., Venkataraman N., Gallagher M.T., Wood W.A., Crowley A.M., Carberry J.P., Zenteno L.A. and Koch K.W. Highly birefringent hollow-core photonic bandgap fiber // Opt. Express, 2004, v.12, N.16, pp. 3888-3893.

71. Issa N.A. High numerical aperture in multimode microstructured optical fibers // Appl. Opt. 2004, V.43, P. 6191-6197.

72. Hayes J.R., Baggett Joanne C., Monro Tanya M.v Richardson D.J., Grunewald P., Allott R. Square core jacketed air-glad fiber // Opt. Exp. 14, p. 10345 (2006).

73. Белоглазов-В.И., Скибина Ю.С., Тучин В .В.,.Чайников М.В. Пропускание стеклянных фотонно-кристаллических световодов с полой, сердцевиной // Письма в ЖТФ; 2005, том 31, вып. 23, с. 55-60.

74. Zheltikova D.A., Scalora М., Zheltikov A.M., Bloemer M.J., Schneider M.N., D'Aguanno G. and Miles R.B. Switching intense laser pulses,by Ker-effect-modified modes of a hollow-core photonic-crystal* fiber // Pysical review E, 2005; v. 71, 026609-(l-7).

75. J.Limpert, N.Deguil-Robin, I.Manek-Honninger, F.Salin, F.Roser, A.Liem, T.Schreiber, S.Nolte, H.Zellmer, A.Tunnermann, J. Broeng, A.Petersson, C.Jakobsen // High-power rod-type photonic crystal fiber laser. Opt; Express. 2005, V.13, N.4, P.1055-1058.

76. J.Limpert, O.Schmidt, J.Rothhardt, F.Roser, T.Schreiber, A.Tunnermann, S.Ermeneux, P.Yvernault, F.Salin. Extended single-mode photonic crystal/fiber lasers // Opt. Express. 2006, V.14, N.7, P.2715-2720.

77. K.Saitoh, Y.Tsuchida, M.Koshiba, N.A.Mortensen. Endlessly single-mode holey fibers: the influence of core design // Opt: Express. 2005, V.13, N.26, P. 1083310839.

78. M.Foroni, F.Poli, L.Rosa, A.Cucinotta, S.Selleri. Cutoff properties of large-mode-area photonic crystal fibers // Proc. of 2005 IEEE/LEOS Workshop On, June 22-24, 2005, P. 41-46.

79. Саттаров Д.К., Сафиуллина С.С., Печерская К.П. Затухание излучения в волоконных световодах // Волоконно-оптические линии связи. М. 1977. Вып. 2. Волоконные световоды для волоконно-оптических линий связи. Часть 4. Книга 1. С.7-53.

80. Ероньян М.А. Волоконно-оптические световоды для средств управления, метрологии и диагностики. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, С-Пб, 2002 г.

81. Бухтиарова Т.В., Дяченко A.A., Иноземцев В.П., Соколов A.B. Волоконно-оптические кабели для протяженных линий связи // Итоги науки и техники. Серия Связь. Т.1. С. 3-66. М. ВИНИТИ. 1988.

82. Отчет ГОИ им. С.И. Вавилова по теме НИР «Бисер», 1987.

83. Дукельский К.В. Разработка специальных типов оптических волокон для нетрадиционных областей использования // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. С-Пб. С-Пб ГУИТМО. 2003.

84. Соломин Н.Д. Жаростойкость материалов и деталей под нагрузкой // М.11. Стройиздат. 1969:

85. Николаев В.Г. Математическое моделирование динамических процессов вытяжки оптического волокна. // Снежинск. ВНИИТФ. 1994. 23 С.

86. Жаботинский М.Е., Фойгель A.B. Физика формирования, волоконных световодов. // ПМТФ. №2. 1976. С. 167 174.

87. Уваров В.П., Ильичев В.А. Математические модели процесса вытяжки оптических стержней // С.-Пб. Химиздат. 2003. 136 с.

88. Леко В.К., Мазурин О.В. Свойства кварцевого стекла. Л. «Наука» Л.О. 1985. С. 81-91.

89. Иванов С.И. Дополнительные потери, обусловленные нерегулярностями многомодовых световодов. // Электросвязь. 1982. №1. С. 41 44.

90. Ferrarini D., Vincetti L., Zoboli M., Cucinotta A., Selleri S. Leakage properties of photonic crystal fibers // Optics Express. 2002. V. 10. N.23/ P. 1314 -1319.

91. А.Ц. Андреев, А.В. Белов, А.В. Власов, А.Н. Гурьянов, Е.М. Дианов, И.Г. Жиц, В.П. Иноземцев, В.Ф. Хопин. Потери на микроизгибах в волоконных световодах и волоконно-оптических кабелях // Квантовая электроника. 1980. Т.7. №1. С. 217-219.

92. Knight J.C., Birks Т.A., Russel P.St.J., Sandro J.P. Properties of photonic crystal fiber and .effective index model // J. Opt. Soc. Amer. 1998. V. 15. N. 3. P. 748- 752.

93. Белов A.B., Дианов Е.М. Волноводные характеристики одномодовых микроструктурных волоконных световодов со сложным распределением профиля показателя преломления // Кв. электроника. 2002. Т.32. №7. С. 641644.

94. Issa N.A. High numerical aperture in multimode microstructured jptical fibers // Appl.Opt. 2004. V. 43. P. 6191-6197.

95. Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Optical properties jf high-delta air silica microstructure optical fibers // Opt. Lett. 2000. V. 25. N. 11. P. 796 798.

96. Wadsworth W.J., Percival R.M., Bouwmans G., Knight J.C., Russell P.S.J. High power air-clad photonic crystal fibre laser // Opt. Express. 2003. N. 11. P. 48 — 53.

97. Бондаренко И.Б. Оптимизация проектных решений в САПР автоматизированных технологических комплексов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. С-Пб. С-Пб ГУИТМО. 2003.