автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Разработка специальных типов оптических волокон для нетрадиционных областей использования

На правах рукописи

ДУКЕЛЬСКИЙ КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНЫХ ТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ДЛЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОБЛАСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена в Санкт- Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете).

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, доцент Гатчин Ю.А.

доктор технических наук, профессор Путилин Э.С., кандидат технических наук, доцент Данилов C.B.

ФГУП НИТИОМ ВНЦ ТОЙ им. С.И. Вавилова"

Защита состоится » е^СЛе/ 2003 года в -¿Г\ на

заседании диссертационного совета Д.212.27.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете).

Адрес: 197101, СПб, ул. Саблинская, д. 14

С диссертацией можно ознакомиться: в библиотеке СПб Государственного института точной механики и оптики (технического университета).

Автореферат разослан «^Гапреля 2003 года.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, СПб, ул. Саблинская, д. 14, секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.М. Красавцев

2.00? -А

Актуальность работы

Оптическое волокно (ОВ) широко применяется в современной связи, приборостроении, медицинской технике; волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Такие свойства оптических волокон, как высокая широкополосность, отсутствие заземляющих элементов, взрывобезопасность, малая материалоемкость, малые массогабаритные характеристики, отсутствие в составе дорогостоящей меди, позволили им успешно конкурировать и заменять традиционные металлические линии связи. Оптическое волокно для линий связи составляет порядка 90% от всех выпускаемых видов оптических волокон. Такие волокна принято называть «обычными».

Для решения других задач, таких как осуществление внутриобъектовой связи на небольшие расстояния, например, для соединения терминалов в вычислительных системах, для диагностики различного вида излучений, в нетрадиционных спектральных областях, для управления движением нестационарными объектами требуются волокна, отличающиеся по своему составу и своим характеристикам от волокон для линий связи. Такие волокна получили название «специальных».

Поскольку потребность в использовании «специальных» волокон ежегодно увеличивается, требуется разработать технологию изготовления такого волокна. Существующая технология не позволяет в полной мере производить волокна специального назначения для нетрадиционных областей использования. Поэтому диссертационная работа, посвященная разработке новой технологии оптических волокон, является актуальной.

Цель работы

Разработка и исследование технологии производства специальных типов оптических волокон для нетрадиционных областей использования.

Основные задачи работы

1. Анализ процессов изготовления преформ и вытягивания волокон с целью определения возможности изготовления специальных волокон.

2. Разработка основ технологии ряда новых специальных волокон и исследование их свойств. Оптимизация технологических режимов производства волокон и кабелей по результатам исследований.

3. Разработка методики оценки качества волокон по климатическим параметрам ОВ и их исследование.

4. Разработка математической модели взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в "Г^дагсг ш,г"п"ря!>""

волокна.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА | СПетербург ОЭ

Методы исследования

В области теоретических исследований были использованы представления механики сплошных сред, теории прочности Гриффитса, спектроскопии твердого тела, дополненной физикой аморфного состояния.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Основы технологии ряда новых специальных волокон и исследование их свойств.

2. Методика оценки качества оптических волокон по климатическим параметрам ОВ.

3. Математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в процессе вытягивания оптического волокна.

Научные результаты работы и их новизна

1. Проанализированы процессы изготовления преформ и вытягивания волокон, позволяющие определить возможности изготовления специальных волокон;

2. Впервые разработаны основы технологии новых специальных волокон и исследованы их свойства, а также оптимизированы технологические режимы изготовления волокон и кабелей по результатам исследований;

3. Разработана оригинальная методика оценки качества оптических волокон по климатическим параметрам ОВ и проведено их исследование;

4. Впервые разработана математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытяжки и натяжения в процессе вытягивания оптического волокна.

Практическая значимость

- Разработанная технология позволила создать ряд специальных оптических волокон;

- Разработанная математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытяжки и натяжения позволяет оптимизировать режимы вытягивания ОВ;

- Разработано программное обеспечение для производства преформ специальных волокон.

Реализация работы

На основе результатов работы изготовлены специальные оптические волокна, переданные для испытания в различные организации России и ряду зарубежных заказчиков.

Результаты по особо прочному волокну вошли, как составная часть, в ОКР «Прочность-ГОИ», проводимой по заданию МО РФ и получили высокую оценку Государственной комиссии.

Разработанный особопрочный 5-ти жильный кабель и высокопрозрачные в УФ спектре волокна переданы в соответствии с контрактами фирмам США.

Результаты работ внедрены в ФГУП НИТИОМ ВНЦ 'ТОЙ им. С.И. Вавилова", г. Санкт-Петербург, АО «Стеквар» г. Санкт-Петербург, КБ Машиностроения г. Коломна, Московская обл.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в 1990-2001 гг. на 6 Международных, Всесоюзных и региональных конференциях, школах и семинарах, в том числе: Международная конференция «Волоконно-оптические системы передачи информации», Москва, 1988, Юбилейная конференция ГОИ «20 лет Волоконной оптике», Санкт-Петербург, 1999, научно-техническая конференция, посвященная 100-летию СПб ГИТМО (ТУ), Международная конференция «Оптика лазеров», Санкт-Петербург, 2000, Международная конференция СЬЕО-2000, США, 2000, Всероссийская научно-техническая конференция «Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения, Москва, 2001, на международной конференции «Прикладная оптика-2002» доложено 4 доклада. Материалы трудов опубликованы.

Публикации

Основные положения и результаты работы отражены в 14 статьях и тезисах и одном патенте на изобретение, отчетах по НИР.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, 3-х глав, заключения и одного приложения.

Работа содержит 152 страницы, 26 рисунков, 11 таблиц.

Список цитируемой литературы составляет 92 ссылки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи работы, практические результаты работы, основные защищаемые положения, приведено краткое изложение диссертации по главам.

Первая глава посвящена рассмотрению типов и свойств оптических волокон. Рассмотрены основные характеристики оптических материалов, в частности, стекол определяющих свойства оптических волокон, показана роль рефрактивных и дисперсионных характеристик стекла. Проведен анализ прозрачности оптических материалов, показана зависимость прозрачности от вкладов электронного и фононного поглощения. Показано влияние Рэлеевских потерь на прозрачность оптических волокон и сделан вывод об определяющей роли Рэлеевских потерь в величине нижнего уровня потерь в световодах.

Описана фундаментальная роль световодной структуры в передаче излучения по световоду, проиллюстрирована взаимосвязь рефрактивных свойств стекол оболочки и сердцевины с величиной апертуры.

Рассмотрены типы оптических волокон. Приведены сведения о профиле показателя преломления (П.П.П.) одномодовых и многомодовых волокон, в том числе со ступенчатым и градиентным П.П.П.. рассмотрены дисперсионные характеристики волокна, в том числе материальная, межмодовая и волновая (внутримодовая) дисперсии.

Проведено исследование и сопоставление свойств отечественных и зарубежных волокон. Причем, в качестве отечественных волокон выбраны волокна, получаемые в ФГУП ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова". Показано, что отечественные волокна не уступают зарубежным по оптическим характеристикам (затуханию и дисперсии), геометрическим параметрам и их воспроизводимости.

Недостатки отечественных волокон проявляются в малой строительной длине и прочности волокон по всей длине.

Изложены результаты работы по исследованиям климатических характеристик отечественных связных волокон и их оптимизации. В частности исследовано влияние структурно-геометрических характеристик защитных покрытий на температурную зависимость оптических потерь в многомодовых волоконных световодах с профилем показателя, близкого к параболическому. В качестве материала первичного покрытия был выбран УФ-отверждаемый эпоксиакрилат отечественного производства. Для определения влияния геометрических параметров на оптические свойства модуля (конструкции из оптического волокна с первичным покрытием и наружных покрытий из тяжелых органополимеров) исследованы световоды с диаметром сердцевины - 35; 50 мкм, оптической оболочки -125 мкм, различной толщины первичной оболочки (32,5 - 72,5 мкм), полиамидной оболочки толщиной 50-130 мкм. Показано, что при

изменении температуры в области от -70°С -г- +50°С в области отрицательных температур наблюдается прирост затухания, составляющий 0,1-1,0 дБ/км, который обусловлен термоупругими и геометрическими параметрами вторичной оболочки.

В то же время при достижении температур (-60 * -70°С) в волокне начинаются процессы стеклования первичных покрытий. Прирост потерь обусловлен резким увеличением модуля Юнга первичных покрытий до значения модуля Юнга вторичных оболочек и появлением термоупругих напряжений на границе между первичными и вторичными оболочками. Эти напряжения в конечном итоге приводят к появлению микроизгибов волокна и, соответственно, росту дополнительных потерь. На основе этих исследований сделан практический вывод о необходимости использования в качестве первичных покрытий материалов с возможно малым модулем Юнга при низких температурах, или со смещенными в зону отрицательных температур областями стеклования первичных полимеров.

Исследованы волокна с двухслойными первичными покрытиями (мягкий и жесткий эпоксиакрилат), показана целесообразность уменьшения наружной толщины жесткого слоя при сохранении толщины мягкого (буферного) покрытия.

Выявлено влияние толщины сердцевины оптических волокон на дополнительные потери в области низких температур. Показано, что переход на диаметр 35 мкм вместо 50 мкм позволяет существенно повысить их термическую стабильность. Такие волокна обладают минимальными катушечными потерями.

На основе выше приведенных исследований были сформулированы технические требования к конструкциям волоконно-оптического модуля с жестким защитным покрытием из полиамида 05ООмкм и двухслойным эпоксиакрилатным первичным покрытием из мягкобуферного и жесткого защитного слоя, толщины которых составляют 55 и 15 мкм, обеспечивающим минимальный уровень микроизгибных потерь и высокую его устойчивость при термических воздействиях от -50° до +150°С с длительностью 160 часов. Уменьшение диаметра сердцевины с 50 до 35 мкм является резервом для снижения наведенных при низкой температуре потерь, что было использовано при выполнении НИОКР «Панорама».

Вторая глава работы посвящена разработке и исследованию технологии оптических волокон:

- изготовлению преформ для оптических волокон методом МСУГ);

- вытягиванию волокон из преформ.

Практически все промышленные способы получения кварцевых заготовок основаны на методах газофазного окисления или гидролиза легколетучих соединений кремния. Легирующие добавки, необходимые для изменения показателя преломления также вводятся в виде газообразных соединений, окисляемых до соответствующих окислов. Это

обстоятельство обусловлено тем, что жидкие исходные вещества, которые легко переходят в газовую фазу, легко могут быть очищены до высокой степени чистоты, которая необходима по указанным выше причинам. Кроме того, сам метод синтеза позволяет сохранить высокую чистоту продуктов реакции при образовании высокочистого стекла. При этом конструктивное оформление процесса отделяет высокостерильную зону реакции от менее стерильной зоны нагрева.

Заготовки, состоящие из сердцевины, окруженной оболочкой с более низким показателем преломления, получают методом MCVD (Modified chemical vapor deposition) модифицированного химического парофазного осаждения. Парофазное осаждение проводится во внутреннем объеме высококачественной кварцевой трубы, которая и образует наружную часть низкопреломляющей оболочки. После осаждения необходимого количества слоев стекла трубка, вместе с нанесенными слоями, нагревается до высокой температуры и последовательно по длине заготовки производятся коллапсирование (схлопывание), которое происходит за счет сил поверхностного натяжения. При этом образуется стержень (преформа), в которой наружная оболочка получается из материала кварцевой трубы, а внутренняя сердцевина из синтетического стекла. В результате получается преформа, в которой создается интегрированная структура будущего волокна с заданным профилем показателя преломления, определенным соотношением диаметров сердцевины и оболочки и заданными оптическими характеристиками.

Рассмотрены природа и исследованы физико-химия процесса MCVD, его основные стадии.

Исходными компонентами для получения синтетического стекла в MCVD-процессе являются газообразные галогениды кремния, германия, фосфора и бора, свойства которых приведены в диссертации.

Все эти вещества легко испаряются при сравнительно низких температурах. При испарении они образуют газы, состоящие из отдельных молекул вещества. Никакой склонности к образованию димеров или полимеров при температурах испарения не наблюдается. Низкая температура кипения этих компонентов используется в процессе их очистки и доведении качества по примесям до требуемого уровня методами многократной ректификации. Особое внимание обращается на то, чтобы конечные продукты не содержали примесей переходных металлов, увеличивающих поглощение в видимой области, а также примесей протонсодержащих веществ, поскольку при их окислении образуется вода или гидроксил, колебательные частоты которых, находятся в ближней ИК области спектра, т.е. совпадают с полосами, на которых передается информация.

Проведен анализ и исследование реакций галогенидов и термофореза продуктов окисления. После получения частиц окислов рассмотрено спекание и остекловывание аморфных слоев. В заключительной части этого раздела изучена стадия коллапсирования (сжатия) трубы.

Процесс превращения толстой преформы в тонкое волокно заданного диаметра, осуществляется при вытягивании волокна. Физическая сущность процесса заключается в следующем. Стекло (конец преформы) нагревается в печи до пластичного состояния, при котором вязкость составляет 104-106 пуаз, при этом тянущее устройство вытягивает высоковязкий расплав в тонкую нить. Для осуществления непрерывности процесса объемный расход вытянутого волокна, равный Увьгт- с12в, где Увыт -скорость вытягивания, с!в- диаметр волокна, компенсируется подачей заготовки в зону высоких температур со скоростью подачи (Узаг). При этом строго соблюдается равенство объемных расходов УВЫ1- ё2а= Узаг-Устройство нагрева построено таким образом, что бы по его оси формировался четко выраженный температурный максимум, в зоне которого формируется «луковица» перетягиваемой преформы. Силы поверхностного натяжения стремятся превратить сечение волокна в круг, независимо от формы заготовки, однако, меняя температуру максимума в осевом профиле печи, скорость вытяжки и подачи, можно получать и не сферическое волокно, повторяющее форму многогранной заготовки.

Сохранение формы исходной заготовки принципиально зависит от соотношения вязкости и поверхностного натяжения и соотношений скорости подачи заготовки и вытягивания волокна, определяющего время пребывания луковицы в зоне формирования.

Температурные зависимости ст=^Т) и г^ОГ) для кварцевого стекла принципиально различны. Если поверхностное натяжение кварцевого стекла слабо зависит от температуры и составляет около ЗООдн/см в области 1400-2000°С, то в этом интервале вязкость меняется на 4 порядка,

-Е.

т.к. зависимость 7]=т]0ект экспоненциальна и только при температуре ~2000°С силы поверхностного натяжения начинают преобладать и форма сечения начинает меняться.

Главным определяющим моментом для осуществления этого процесса является наличие у перетягиваемого вещества достаточно широкого температурного интервала вязко-пластичного состояния в зависимости вязкости от температуры, что собственно и характерно для стеклообразного состояния, у которого в области выше температур стеклования вязкость экспоненциально зависит от температуры

Разработана методика по нахождению зависимости между температурой, скоростью вытягивания и натяжением волокна.

Вытягивание волокна происходит только при определенных реологических свойствах расплава и при определенных значениях сдвиговых напряжений (усилии вытягивания), которые задаются динамическими характеристиками - вязкостью, а следовательно и температурой луковицы. Соотношение между температурой и вязкостью расплава определяется температурной зависимостью вязкости от температуры, а усилие вытягивания определяет скорость вытягивания.

Рис. 1 Зависимость усилия вытягивания от температуры и скорости вытягивания (стекло КУ-1, (13=12 мм, с!в=125 мкм)

Проведены исследования по взаимосвязи натяжения, скорости вытяжки и вязкости на различных видах кварцевого стекла, в том числе на стекле КУ-1 и Него1их. На рис.1 представлены эти зависимости. При температурах до 2050°С зависимость Р=Г(У„;1) носит линейный характер, при более высоких температурах наблюдаются небольшие, но однозначные отклонения от линейности (рис.1).

Сопоставлены процессы упругой и пластической деформации твердых тел и вязкости упругих тел в условиях высокотемпературного нагружения. Было показано, что при растяжении тонкого стержня, находящегося в пластичном состоянии между временем деформации, усилием, и вязкостью существует достаточно простая зависимость:

Д1=Р1т/ЗяК2Т1, где Д1 -удлинение образца; 1 - длина образца;

т - время деформации; И - радиус образца; т) - вязкость образца.

Учитывая квазистационарность процесса вытягивания волокна, можно предложить следующее преобразование зависимости:

У.-тгА*,

А1/т-У-скорость вытягивании волокна; Р - усилие вытягивания;

А - постоянная для данного волокна (А=1УЗтсЯ2), в которую входят геометрические параметры волокна и зоны формования.

Третья глава посвящена разработке специальных оптических волокон и кабелей. В первом разделе этой главы разработана технология,

проведены исследования по получению оптического волокна с высокой прочностью и большими строительными длинами.

В частности, имеющееся оборудование и технология обеспечивали получение преформ длиной 0,8-0,9 м с диаметром 12-14 мм и позволяло вытягивать волокно строительной длины -7-8 км с учетом нерабочих зон конца и начала преформы получают около 6-7 км волокна. Это волокно позволяло проводить перемотку под нагрузкой 6-7 ньютонов по всей длине.

Создание специальных нестационарных систем связи потребовало разработки технологии, при которой строительная длина увеличивалась до 50 км, а усилие смотки составляло бы 50 ньютонов. Возможности увеличения объема преформы могли быть решены за счет дополнительного шубирования на преформу кварцевой трубы большего диаметра и повышенной толщиной стенки.

Разработанная технология предполагает коллапсирование трубы при высоких температурах, больших 2000-2100°С, когда силы поверхностного натяжения начинают сжимать трубу, так как это было описано в главе, рассматривающей физико-химические основы процесса МСУБ.

Из преформ вытянуты волокна при температуре 2200°С со скоростью ~ 100м\мин и усилием вытягивания 8-10 грамм. Полученные волокна были подвергнуты перемотке через ролики, создававшими изгиб с усилием 25 ньютонов. При этом 25-ти километровые участки волокон разорвались на части, которые обнаруживали высокие значения прочности.

Таблица 1

Данные изготовления оптических волокон и их тестирования

Данные тестовой перемотки

Номер Полная Общее Средняя

заготовки длина число Минимальный длина Максимальный

вытянутого отрезков отрезок, м отрезка, отрезок, м

волокна, м после м

теста

1 8400 2 1200 4200 7200

2 12000 2 3500 6000 8500

3 20000 4 4000 5000 6800

4 25000 5 3200 5000 7000

Таблица 1 показывает, что в результате предложенной технологии получены строительные участки с длиной 7000-8500 м, обладающие прочностью более высокой, чем прочность лучших зарубежных образцов.

Таким образом, разработана технология производства высокопрочных отечественных волокон, включающая следующие особенности:

- для увеличения массы преформ предложена технология шубирования преформ дополнительной трубой;

- предложена технология шубирования для увеличения веса стекломассы преформы. В качестве стекла для шубируемой преформы использовано стекло типа KB, Heralux, КС-4В;

- поверхность крупногабаритных преформ облагорожена нанесением тонкого слоя синтетического стекла особой чистоты, толщина слоя которого не менее 1,0-2,0 мм, так чтобы в волокне сохранился слой 5-8 мкм, определяющий минимальное количество дефектов в поверхности преформы;

- для минимизации разрывов в упруго-пластичной зоне формирования преформа перетягивается при высоких температурах 2150-2200°С со скоростью 120-150 м/мин и минимальным соответствующим натяжением 5-8 г.

Разработана технология получения многожильного плоского особопрочного кабеля для внутриобъектовой связи.

Применение оптических кабелей для соединения терминалов в вычислительных системах, предполагает применение небольших длин, не более 3 км, но отсутствие помех, не сопровождающих ВОЛС, делает это применение перспективным. Большие перекрестные потери между волокнами одного кабеля, отсутствие электромагнитного поля предопределяют малую ошибку при передаче информации по широкополосным многомодовым и одномодовым волокнам, обеспечивающим передачу неискаженного импульса с большой скоростью передачи до 10 Гбит/сек. Малая длина каналов облегчает решение этой задачи.

Разрабатывался кабель, состоящий из пяти волокон, уложенных параллельно в одной плоскости и усиленных двумя упрочняющими элементами, лежащими в той же плоскости. В качестве широкополосных волокон должны были использоваться градиентные и одномодовые волокна с покрытием из металлического олова. Хотя заданные длины кабелей (500 м) предполагали использование их во внутриобъектовых системах, особое внимание необходимо было уделить устойчивости оптических характеристик при изменении внешних условий эксплуатации. Малое поперечное сечение и форма кабеля также составляли существенную часть требований, т.к. предполагалось использовать кабель в условиях ограниченных пространств подводных или космических бортовых систем (рис.2).

тефлон, лента первичное покрытие метая, покрытие

полиэтилен эпоксиакрипат злоксиакрипат 12 олово

♦

о +1 со

5 волокон многоходовых 0125x62,5мкм

или

5 волокон одномодовых 0125x9,5 мкм

упрочняющие элементы утерпон_

оптическое волсжно )

3.2 * 0,2

Рис.2 Разрез плоского особопрочного пятижильного кабеля.

Исследование поперечного сечения кабеля показывает, что эта конструкция имеет малые массогабаритные характеристики и ее реализация при сохранении оптических характеристик представляет большую сложность.

Одну из них представляет процесс укладки пяти оптических волокон в одной плоскости на равных расстояниях друг от друга.

На основании проведенных исследований было предложено разделить процесс укладки волокон и нанесение наружной оболочки кабеля. При этом возникла задача укладки волокон в плоскую ленту, причем волокна должны в ленте иметь строго одинаковую строительную длину и натяжения. Поскольку в конструкции кабеля предусматривалась укладка двух упрочняющих элементов из кевлара (или терлона) плоскость укладки должна совпадать с плоскостью симметрии кабеля по широкой стороне. Изготовление промежуточной ненапряженной ленты было единственно возможным технологическим решением. Разработана технология изготовления такой 5-ти жильной ленты.

Для сборки кабеля разработан специальный инструмент головки, дорна и матрицы экструдера, изучены свойства кабеля. Показано, что по оптическим характеристикам, их стабильности и устойчивости к климатическим испытаниям, кабель соответствует необходимым требованиям.

Для определения свойств кабеля в соответствии с условиями его службы были проведены испытания на изгиб на 30, 20 и 10 мм. Это связано с условиями прокладки кабеля. При изгибе на диаметре 30 мм все волокна устойчивы и только на диаметре 10 мм проявляется некоторая разница в поведении волокон, которая является допустимой. Так, дополнительные потери на диаметре 10мм составили величины от 0,4 до 1,8 дБ/км.

Для уменьшения чувствительности волокон к изгибу отдельные волокна перед сборкой в ленту покрыли двухслойной первичной оболочкой, лежащей на металлическом покрытии, причем для испытания была использована лента и кабель. В табл.2 приведены полученные оригинальные результаты поведения волокон и кабеля.

Таблица 2

Поведение волокон и кабеля при испытаниях в области отрицательных

температур

Тип X, нм Волокно в Волокно в Пятижильная Кабель,

волокон полимерном металлическом лента из а/Да

покрытии, покрытии, металлического

а/Аа а/Да волокна, а/Аа

Многомодовое, 850 2,6-2,8/0,5 2,6-2,8/1,2 2,6-2,8/1 2,6-2,8/-

50/25 1300 0,5-0,8/0,4 0,6-0,8/1 0,6-0,8/1 0,6-0,9/-

Многомодовое, 850 2,4/0,2 2,4-0,2 2,4-2,6/0,2 2,4-2,6/0,3

62/125 1300 0,5/0,1 0,6-0,8/0,1 0,6-0,8/0,1 0,6-0,8/0,2

Одномодовое, 1300 0,5/0,06 0,5-0,9/1,2 0,5-0,9/1 —1/—1

9/125 1550 0,5/0,06 0,5-0,9/0,7 0,5-0,9/0,8 ~1/~1

Отдельно даны результаты для отечественного стандарта 50\125, стандарта 62\125 - многомодовые волокна и одномодовые волокна стандарта 9\125. В таблице приведены данные для трех рабочих диапазонов длин волн. Для большинства случаев волокна, лента и кабели показывают сравнительно высокую устойчивость к отрицательным температурам, а в некоторых случаях и нечувствительность к ним, что является критерием высокого качества технологии.

По всем пунктам технических требований были разработаны кабели на основе одномодовых и многомодовых волокон.

Разработана технология создания специального волокна для диагностики плазмы в термоядерном лазерном синтезе. Требовалось разработать волокно для гибких жгутов, соединяющих мишенную камеру системы лазерного термоядерного синтеза с системой обработки информации, позволяющей просканировать импульс длительностью 100 нсек во времени и по интенсивности.

Характеристики волокна должны быть следующими: Оптические потери на А.=350 мкм <200 дб/км;

Соотношение диаметра оболочки и сердцевины 125/100 мкм;

Градиентный профиль показателя преломления Уширение импульса длительностью 17 псек не более 1,00 пс/м.

Для реализации высокопрозрачного и широкополосного в УФ области волокна были выбраны два вида градиентного профиля: депрессивный по отношению к кварцевому стеклу и высокопреломляющий. Рис.3 (а, б) показывает схематически эти два профиля. Ниже приведены результаты практической реализации этих

профилей. Для получения преформ был использован метод МСУБ. В качестве легирующих добавок в случае 4 а) был использован фтор и в случае 4 б) - пятиокись фосфора. Абсолютные значения перепада показателя преломления составляли 5-Ю'3, что приводило к апертуре 0,120,13. Столь низкое значение апертуры выбрано из соображений минимального изменения прозрачности на длине волны 350 нм и получения минимальной радиационной чувствительности стекла. На рис.4 с) и с1) показаны реальные профили показателя преломления.

Для депрессивных профилей, реализованных за счет уменьшения концентрации фтора по мере уменьшения радиуса (при г,=0 концентрация вводимого фтора равна 0 и показатель преломления становится равным показателю преломления кварцевого стекла) рост апертуры затруднителен, т.к. большая концентрация фтора не может быть реализована в кварцевом стекле с высокой технологической эффективностью.

При легировании фосфором достигается апертура ~ 0,2, однако при этом может возникнуть проблема фотостойкости волокон.

ДП=П]-П2

Дп=5-10"'

д=(т-п2)\пз

4 Л Л И • 1 ! » «

4 4 г -1

2 ] 4

Г, ММ

Г. мм

Рис. 3 Реальные профили показателя преломления преформ:

a)«депрессивный» ЯЮо+Р

b) «высокопреломляющий» БЮг+РгОз

На рис.4, 5 представлены спектры потерь волокон этих двух вариантов. Можно видеть, что потери в области 350 им составляют 120150 дБ/км, что ниже значений выставленных в техническом задании В области традиционных для ВОЛС диапазонов потери составляют 8-10 дБ/км.

а, ж/км а, дБ/км

Рис.4 Спектральный ход потерь волокна (БЮг+Р) в ближней УФ- (а) и ближней ИК- (Ь) областях

О для волокон без специальной обработки • для волокон со специальной обработкой

а, дБ/км

Рис.5 Спектр волокон с «высокопреломляющим» профилем (БЮг+РгСЬ) без специальной обработки

Разработанное волокно, заменяет в системе NIF LLNL многожильные жгуты, что удешевляет изготовление трактов диагностики и упрошает всю систему в целом.

Для получения широкополосных волокон необходимо, что бы П.П.П. были достаточно гладкими и близки к заданным. Отличия в показателе преломления должны составлять не более (2-4)-10"4 для данной точки. При ручном управлении системой подачи газовой смеси переменного состава зачастую происходят неконтролируемые и, соответственно, не воспроизводимые сбои. Для их ликвидации была разработана программа автоматизированного управления системой MCVD. Эта программа включала в себя следующие подпрограммы:

• управление газовыми потоками и количеством подаваемого в испарители сырьевого кислорода;

• управление кислородно-водородным факелом горелки и соответственно температурой поверхности трубы и изменение этой температуры в зависимости от состава наносимого слоя;

• движение горелки вдоль трубы и системой клапанов на подачу кислорода и водорода;

• систему регулировки давления внутри трубы;

• систему поглощения хлора и нейтрализации непрореагировавших реагентов.

Характеристики и параметры изготовленного в ФГУП ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова", прозрачного в УФ области спектра широкополосного волокна:

Геометрические параметры

диаметр сердцевины, мкм 450

диаметр оболочки, мкм 600 диаметр по полимерному покрытию, мкм

максимальная длина, м 250 Оптические характеристики

апертура 0,12

затухание на длине волны 350 нм, дБ/км < 150

затухание на длине волны 1060 нм, дБ/км <10

дисперсия импульса, пс/м < 1,0

прочность, ГПа < 200

минимальный радиус при краткосрочном изгибе, мм < 200 минимальный радиус при долговременном изгибе, мм < 400

Разработана технология производства элементов из оптических волокон, обеспечивающая программу NIF LLNL и программу OMEGA.

Работа заканчивается подведением основных итогов и составлением выводов.

ВЫВОДЫ:

1. Проведен анализ технологических процессов изготовления преформ и их вытягивания. Показано, что эти процессы составляют основу для исследования и изготовления специальных волокон.

2. Исследованы качественные характеристики традиционных связных волокон (затухание, ширина полосы пропускания, прочность и др.). Показано, что по всем параметрам, кроме прочности и строительных длин отечественные волокна не уступают зарубежным. Предложены методы повышения прочности и увеличения длины, заключающиеся в создании специальной технологии шубирования и нанесения слоя синтетического стекла на преформу.

3. Разработана оригинальная методика оценки качества климатических параметров ОВ и проведено их исследование. На основании этих исследований создан алгоритм получения термостабильных волокон.

4. Впервые разработана математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в процессе вытягивания волокна. Полученная модель использовалась при создании системы автоматизации вытягивания.

5. Разработана технология особопрочных волокон с повышенной строительной длиной до 15-20 км и прочностью 1,5-2,0 кг на разрыв. Решение этой задачи позволяет создать специальные волоконно-оптические системы для управления движением нестационарными объектами.

6. Впервые разработана технология создания особопрочного пятижильного кабеля для связи внутриобьектовых систем. Кабель может быть использован для соединения вычислительных комплексов, обрабатывающих информацию с большой скоростью.

7. Разработана технология создания особопрозрачного в УФ области широкополосного волокна с затуханием менее 150 дБ\км на длине волны 350 нм. Данное волокно в настоящее время используется в работах по лазерному термоядерному синтезу.

8. Разработано программное обеспечение для производства преформ специальных волокон.

9. Использование автоматизированной системы позволило существенно улучшить стабильность характеристик, изготавливаемых преформ.

Основные труды, в которых опубликованы результаты диссертации К.В. Дукельского

1. Дукельский К.В., Отчет по теме «Прочность» (руководитель Дукельский К.В.), СПб, ФГУП ВНЦ ТОЙ им. С.И. Вавилова", 2000г., 195 с. (рукописный), per. №155/13203 от 01.02.2001г.

2. Дукельский К.В., Капитонова JI.H., Кондратьев Ю.Н., Севбо М.А. Исследование зависимости оптических потерь от температуры в световодах с первичными покрытиями на основе эпоксиакрилатов // «ОМП», 1990, №7, с.33-36

3. Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н. Нахождение зависимости между температурой, скоростью вытягивания и натяжением волокна // V Международная конференция «Прикладная оптика». Сборник трудов «П0-2002» т.2, 2002, с. 100

4. К. В. Дукельский, М. А. Ероньян, А. В. Комаров, Ю. Н. Кондратьев, Л. Г. Левит, Е. И. Ромашова, М. М. Серков, А. В. Хохлов, В. С. Шевандин. Одномодовые волоконные световоды с повышенной числовой апертурой и малыми оптическими потерями // V Международная конференция «Прикладная оптика». Сборник трудов «П0-2002» т.2, 2002, с.77

5. Дукельский К.В., Безгачев А.Ф, Ероньян М.А., Кондратьев Ю.Н., Шевандин B.C. О разработке оптоволоконного ленточного многожильного кабеля для связи средств автоматизации // Тезисы докладов Юбилейной научно-технической конференции ППС, ГУП ВНЦ ТОЙ им. С.И. Вавилова", СПб, 2000, с.9.

6. Дукельский К.В., Ермолаева Г.М., Ероньян М.А., Комаров A.B., Кондратьев Ю.Н., Серков М.М., Толстой М.Н., Шилов В.Б., Шевандин B.C., Н.Т. Powell, С.Е Thompson. Высокопрозрачное в ультрафиолетовой области оптическое волокно с малой дисперсией // V Международная конференция Прикладная оптика. Сборник трудов «П0-2002» т.2, 2002, с.65

7. Дукельский К.В., Ероньян М.А., Ермолаева Г.М., Кондратьев Ю.Н., Николаев Г.В., Шилов В.Б. Определение временной дисперсии информационных оптических волокон // Тезисы докладов 13 Всероссийской научно-технической конференции "Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения", г.Москва, 2001, с. 51.

8. Дукельский К.В., Гатчин Ю.А., Создание программного обеспечения MCVD установки для получения волоконно-оптических заготовок // Тезисы докладов Юбилейной научно-технической конференции ППС, СПбГИТМО (ТУ), СПб, 2000, с. 12.

9. Дукельский К.В. Проектирование системы автоматического управления процессом MCVD для получения заготовок ВОЛС // Тезисы докладов Юбилейной научно-технической конференции ППС СПбГИТМО (ТУ), СПб, 2000, с. 15.

10.Dukelsky К. V., Okishev A.V., Boni R., Millechia M., Kubera K„ Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G. M., Nikolaev G. Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for the OMEGA Diagnostics Applications // X International conference on Laser Optics, St-Petersburg, 2000, p.270.

11.Dukelsky К. V., Okishev A.V., Boni R., Millechia M„ Kubera K., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M .A., Shevandin V. S., Ermolaeva G. M., Shilov V. B. A unique high bandwidth, multimod UV optical fiber: manufacturing, testing and laser-fused application // Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), Washington, 2000, p. 292-293.

12.Dukelsky К. V., Okishev A. V., Boni R., Millechia M„ Kubera K., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G.M., Nikolaev G., Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for OMEGA Diagnostics Applications //LLE Review, 2000, v. 85pp. 29-33.

13.Dukelsky К. V., Okishev A. V., Boni R., Millechia M., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G.M., Nikolaev G., Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for OMEGA Diagnostics Applications // IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, 2001, v. 7, № 3, p. 471474.

14. Дукельский K.B., Алешинцев А.Г., Безгачев А.Ф., Ероньян М.А., Шевандин B.C. // Исследование стабильности передаточных характеристик оптического модуля к микро и макродеформациям световодного тракта. Тезисы докладов V Всесоюзной конференции, «ВОСП-88», Москва, 1988г.

15. Дукельский К.В., Ероньян М.А. // Патент на изобретение (Заявка № 2001124896/03(026592), решение о выдаче от 25.12.2002). Способ получения труб из кварцевого стекла. С приоритетом от 31.08.2001г.

Лицензия ПЛД № 69-217 от 22.10.1997г.

Подписано в печать 18.04.2003г. Тираж 100 экз. Заказ №627525

Отпечатано с готового оригинал-макета

в типографии ООО «Полигон» 198096, Санкт-Петербург, пр. Стачек, 82 184-13-35

I I

j^oolzñ

» 7 г? а в

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТИПЫ И СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН.

1.1. Анализ оптических характеристик стекла.

1.2.Световодная структура. Понятие апертуры.

1.3. Классификация оптических волокон и сравнительный анализ их качественных характеристик.

1.4 Исследование характеристик и оптимизация параметров связных волокон.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН.

2.1 Изготовление преформ методом модифицированного парофазного охлаждения (MCVD).

2.1.1. Природа и физико-химия процесса.

2.1.2 Приготовление парогазовой смеси.

2.1.3 Окисление галогенидов.

2.1.4 Термофорез в процессе MCVD.

2.1.5 Спекание и остекловывание аморфных слоев.

2.1.6 Коллапсирование (сжатие) трубы.

2.2 Анализ и разработка технологического процесса вытягивания волокон из преформ.

2.2.1 Физика процесса вытягивания.

2.2.2 Исследование зависимости между температурой, скоростью вытягивания и натяжением волокна.

2.2.3.Описание типового оборудования на примере башни вытягивания.

2.2.3.1 Система подачи преформ.

2.2.3.2 Графитовая печь для перетяжки преформ.

2.2.3.3 Датчик диаметра волокна.

2.2.3.4 Нанесение первичных покрытий.

2.2.3.5 Усилие вытягивания.

2.2.3.6 Намотка и вытягивание волокон.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВОЛОКОН И КАБЕЛЕЙ.

3.1 Разработка технологии оптического волокна с высокой прочностью в больших строительных длинах.

3 .2 Разработка многожильного плоского особопрочного кабеля для внутриобъектовой связи на основе одномодовых и многомодовых волокон.

3 .2.1 Разработка технических требований и конструктивного оформления особопрочного пятижильного плоского кабеля.

3.2.2 Изготовление плоской пятижильной ленты.

3.2.3 Экструзия наружной оболочки, укладка упрочняющих элементов и изготовление кабеля.

3.2.4 Исследование и анализ свойств плоского особопрочного многожильного кабеля.

3.3 Разработка высокопрозрачного в УФ области оптического волокна с малой дисперсией.

3.3.1 Технические требования LLNL к волокну.

3.3.2 Прозрачность кварцевого стекла в УФ области спектра.

3.3.3 Градиентный профиль и дисперсия в многомодовом световоде

3.3.4 Получение преформ, волокна и их свойства.

ВЫВОДЫ.

Начало XXI столетия характеризуется нарастающим процессом накопления информации во всех областях деятельности человека. Рост экономического и финансового потенциала, быстро меняющаяся политическая картина мира, экспоненциальный рост научно-технических знаний, необходимость фиксации и передачи значительных объемов сведений с одновременной необходимостью их переработки и селекции подготовили и привели мир к следующему глобальному этапу эволюции мира - информационной революции.

В этом процессе возникла потребность не только в широкой информационной сети, но и в методах и средствах точной, быстрой передачи данных, традиционные методы распространения которых не отвечали как по скорости, объему так и по качеству. Как часто было на предыдущих ступенях науки, особо важных ее результатов требовали военные аспекты применения.

В 1876 г. Александр Грэхем Белл [1] предложил использовать для передачи речевого сигнала промодулированный солнечный свет. Влияние атмосферы, низкие показатели селенового фотоприемника не позволили осуществить передачу более чем на 200 метров.

Изобретение высокоинтенсивного и узконаправленного источника -лазера послужило основой для будущих средств связи [2].

Наибольший потенциальный рынок сбыта для новых систем предоставила телефонно-телеграфная сеть. Попытка выбрать физический канал для передачи оптического сигнала вначале привела к использованию в качестве передающей среды трубку постоянного диаметра, заполненную газом, с помещенными в нее линзами [3]. Подобные системы имели • уникальные характеристики по широкополосности, но отличались большой сложностью и высокой стоимостью.

В 1966 г. К. Као совместно с Г.А. Хокхемом предложил использовать волоконные световоды в качестве диэлектрических волноводов, по которым передается световой сигнал [4]. Волоконный световод представлял собой интегрированную структуру из оптической оболочки и сердцевины, в которой осуществляется условие передачи: показатель преломления оболочки По меньше показателя преломления Пс сердцевины.

Таким образом, лазер в качестве источника модулированного света, световод из стекла, и фотоприемник образует основу, на которой можно было построить волоконно-оптическую линию связи (BOJIC). Создание подобной системы, по мнению В.А. Котельникова, сопоставимо с такими этапами в эволюции человека как изобретение трехэлектродной лампы, послужившей основой для создания радио, полупроводниковых приборов, приведших к созданию компьютера[5].

В настоящее время мировое производство оптических волокон составляет более 77 млн.км\год и производственные мощности постоянно растут.

Актуальность работы.

Оптическое волокно (ОВ) широко применяется в современной связи, приборостроении, медицинской технике; волоконно-оптических линиях связи (BOJIC). Такие свойства оптических волокон, как высокая широкополосность, отсутствие заземляющих элементов, взрывобезопасность, малая материалоемкость, малые массогабаритные характеристики, отсутствие в составе дорогостоящей меди, позволили им успешно конкурировать и заменять традиционные металлические линии связи. Оптическое волокно для линий связи составляет порядка 90% от всех выпускаемых видов оптических волокон. Такие волокна принято называть «обычными».

Для решения других задач, таких как осуществление внутриобъектовой связи на небольшие расстояния, например, для соединения терминалов в вычислительных системах, для диагностики различного вида излучений, в нетрадиционных спектральных областях, для управления движением нестационарными объектами требуются волокна, отличающиеся по своему составу и своим характеристикам от волокон для линий связи. Такие волокна получили название «специальных».

Поскольку потребность в использовании «специальных» волокон ежегодно увеличивается, требуется разработать технологию изготовления такого волокна. Существующая технология не позволяет в полной мере производить волокна специального назначения для нетрадиционных областей использования. Поэтому диссертационная работа, посвященная разработке новой технологии оптических волокон, является актуальной.

Целью работы является разработка и исследование технологии производства специальных типов оптических волокон для нетрадиционных областей использования.

Основные задачи работы.

1. Анализ процессов изготовления преформ и вытягивания волокон с целью определения возможности изготовления специальных волокон.

2. Разработка основ технологии ряда новых специальных волокон и исследование их свойств. Оптимизация технологических режимов производства волокон и кабелей по результатам исследований.

3. Разработка методики оценки качества волокон по климатическим параметрам ОВ и их исследование.

4. Разработка математической модели взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в процессе вытягивания волокна.

В главе 1 рассмотрены основные типы оптических волокон и их свойства. Рассмотрены характеристики стекла как прозрачной среды, формирующие световодную структуру. Кратко представлены важные свойства волокон (потери свегга и дисперсия сигнала). Рассмотрены комплексные характеристики отечественных и зарубежных волокон.

Оригинальной является часть, посвященная климатическим характеристикам отечественных связных волокон и их оптимизации. Настоящая часть работы выполнена автором диссертации совместно с JI.H. Капитоновой [26].

В главе 2 рассмотрены два основных процесса технологии волокон:

- изготовление преформы методом MCVD;

- вытягивание волокна из преформ.

Эта часть работы посвящена литературному анализу работы систем по изготовлению преформ методом MCVD и башни вытягивания волокна.

Рассмотрение начинается с анализа научно-технических процессов и включает в себя детальное описание их конструктивного оформления. В некоторых случаях потребовалась разработка программного обеспечения систем управления техническим процессом, поскольку выпуск оптических волокон большой строительной длины требует технологии с минимальным влиянием субъективного фактора. Создание таких программных средств выполнено автором работы.

Необходимо отметить, что указанные части работы, в известной мере, носят описательный характер, хотя в некоторых случаях удалось дать физико-химическое обоснование некоторым стадиям процессов. Авторской частью этой главы является нахождение зависимости между температурой, скоростью вытягивания и натяжением волокна.

Глава 3 рассматривает оригинальные результаты приложения анализа технологических процессов к созданию специальных типов оптических волокон и кабелей.

В главе кратко рассмотрены результаты по получению высокопрочных волокон большой строительной длины.

В этой главе приведены результаты по разработке специального многожильного кабеля для связи в вычислительных комплексах особого назначения. Настоящий кабель был разработан в ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова".

В этой же главе рассмотрены результаты по исследованию и созданию специального оптического широкополосного волокна прозрачного в УФ области спектра.

Глава 4 посвящена обсуждению результатов и подведению итогов работы, в этой же главе содержатся основные выводы.

Методы исследования.

В области теоретических исследований были использованы представления механики сплошных сред, теории прочности Грифитса, спектроскопии твердого тела, дополненной физикой аморфного состояния.

Научные результаты работы и их новизна.

1. Проанализированы процессы изготовления преформ и вытягивания волокон, позволяющие определить возможности изготовления специальных волокон;

2. Впервые разработаны основы технологии новых специальных волокон и исследованы их свойства, а также оптимизированы технологические режимы изготовления волокон и кабелей по результатам исследований;

3. Разработана оригинальная методика оценки качества оптических волокон по климатическим параметрам ОВ и проведено их исследование;

4. Впервые разработана математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытяжки и натяжения в процессе вытягивания волокна.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Основы технологии ряда новых специальных волокон и исследование их свойств.

2. Методика оценки качества оптических волокон по климатическим параметрам ОВ.

3. Математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в процессе вытягивания оптического волокна.

Практическая значимость.

- Разработанная технология позволила создать ряд специальных оптических волокон;

- Разработанная математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытяжки и натяжения позволяет оптимизировать режимы вытягивания ОВ;

- Разработано программное обеспечение для производства преформ специальных волокон.

Реализация работы.

На основе результатов работы изготовлены специальные оптические волокна, переданные для испытания в различные организации России и ряду зарубежных заказчиков.

Результаты по особопрочному волокну вошли, как составная часть, в ОКР «Прочность-ГОИ», проводимой ФГУП ВНЦ 'ТОЙ им. С.И.

Вавилова" по заданию МО РФ и получили высокую оценку Государственной комиссии.

Разработанный особопрочный 5-ти жильный кабель и высокопрозрачные в УФ спектре волокна переданы в соответствии с контрактами фирмам США.

Результаты работ внедрены в ФГУП НИТИОМ 'ТОЙ им. С.И. Вавилова", г. Санкт-Петербург, АО «Стеквар» г. Санкт-Петербург, КБ Машиностроение, г. Коломна, Московская обл.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты докладывались и обсуждались в 1990-2001 гг. на 6 Международных, Всесоюзных и региональных конференциях, школах и семинарах, в том числе: Международная конференция «Волоконно-оптические системы передачи информации», Москва 1988, Юбилейная конференция ГОИ «20 лет Волоконной оптике», Санкт-Петербург 1999, Научная конференция посвященная 100-летию ИТМО, Международная конференция «Оптика лазеров», Санкт-Петербург

2000, Международная конференция CLEO-2000, США 2000, Всероссийская научно-техническая конференция «Обеспечение единства измерений в фотометрии и радиометрии оптического излучения, Москва

2001. На международной конференции «Прикладная оптика-2002» доложено 4 доклада, в авторский коллектив которых входит автор. Материалы трудов опубликованы.

Публикации.

Основные положения и результаты работы отражены в 14 статьях и тезисах и одном патенте на изобретение.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 3х глав, заключения и одного приложения.

Работа содержит 152 страницы, 26 рисунков, 11 таблиц. Список цитируемой литературы составляет 92 ссылки.

выводы

1. Проведен анализ технологических процессов изготовления преформ и их вытягивания. Показано, что эти процессы составляют основу для исследования и изготовления специальных волокон.

2. Исследованы качественные характеристики традиционных связных волокон (затухание, ширина полосы пропускания, прочность и др.). Показано, что по всем параметрам, кроме прочности и строительных длин отечественные волокна не уступают зарубежным. Предложены методы повышения прочности и увеличения длины, заключающиеся в создании специальной технологии шубирования и нанесения слоя синтетического стекла на преформу.

3. Разработана оригинальная методика оценки качества климатических параметров ОВ и проведено их исследование. На основании этих исследований создан алгоритм получения термостабильных волокон.

4. Впервые разработана математическая модель взаимосвязи температуры, скорости вытягивания и натяжения в процессе вытягивания волокна. Полученная модель использовалась при создании системы автоматизации вытягивания.

5. Разработана технология особопрочных волокон с повышенной строительной длиной до 15-20 км и прочностью 1,5-2,0 кг на разрыв. Решение этой задачи позволяет создать специальные волоконно-оптические системы для управления движением нестационарными объектами.

6. Впервые разработана технология создания особопрочного пятижильного кабеля для связи внутриобъектовых систем. Кабель может быть использован для соединения вычислительных комплексов, обрабатывающих информацию с большой скоростью.

7. Разработана технология создания особопрозрачного в УФ области широкополосного волокна с затуханием менее 150 дБ\км на длине волны 350 нм. Данное волокно в настоящее время используется в работах по лазерному термоядерному синтезу.

В. Разработано программное обеспечение для производства преформ специальных волокон.

9. Использование автоматизированной системы позволило существенно улучшить стабильность характеристик, изготавливаемых преформ.

1. Robert V.Bruce, Alexander Graham Bell and the Conquest of Solituide, London, Gollancz, 1973.

2. Maiman Т.Н., Nature, 1960, 187, 493.

3. Berriman D.W., Bell. Syst. Tech. J., 1964,43, 1469.

4. Kao K.C., Hockham G.A., Proc. ШЕ, 19966, 113, 1151.

5. Котельников B.A., IV Конф. по волоконной оптике, М., 1980, 4.

6. Kapany N.S., Fiber Optics, N.Y., 1967.

7. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К., 1977, Изд. Машиностроение.

8. Рожденственский Ю.В., Вейнберг В.Б.,Саттаров Д.К. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике, 1977, М., Машиностроение.

9. Бутусов М. М., Галкин C.JI., Оробинский C.JI. Волоконная оптика в приборостроении, 1987, JI., Машиностроение

10. Рождественский Д.Е. Труды ГОИ, 1922, в.1.

11. Демкина Л И. Физико-химические основы производства оптического стекла, 1976, Л., Изд. «Химия», 64.

12. Прянишников В.П., Система кремнезема, Л., 1971.

13. Schultz P. С.„ J. Am. Ceram. Soc., 1974, 57, 309.

14. Keck D.B., Mauror R.D., Schultz P.C., Appl. Phys. Lett., 1973, 22, 307.

15. Мидвинтер Дж., Волоконные световоды для передачи информации, М., 1983, 131.

16. Pinow D.A., Rich Т.Е., Ostor Mayer F.M., J. Appl. Lett., 1973, 22,527.

17. Kapany N. J. Opt. Soc. Am., 1959, 49, 779.

18. Miller S., Optical fiber telecommunications, 1979, ap.19.

19. Кондратьев Ю.Н., Куркин В.П., Мазурина E.K., Сб. «Зарубежная военная техника», 1987, 66, 110.

20. Снайдер А., Лав Д-, Теория оптических волноводов, М., 1987.

21. Унгер Х.Г., Планарные и волоконные оптические волноводы, М.,1980.

22. Беланов А.С., Григоряну В.В., Сб. Итоги науки и техники. Радиотехника. .30.90.

23. Элион Г., Элион X., Волоконная оптика в системах связи, М., 1981, 19.

24. Отчет ГОИ «Бисер», 1987 Освоение импортного оборудования для получения кварцевого волокна.

25. Отчет ГОИ по теме «Бирюза», 1987 Разработка многокомпонентных оптических стекол для ВОЛС.

26. Дукельский К.В., Капитонова Л.Н., Кондратьев Ю.Н., Севбо М.А. Ж. Оптико-механическая промышленность, 1990, 7, 33-36.

27. Мурадян А.Г., Гольдфарб И.С., Иноземцев В.П. Оптические кабели многоканальных линии связи, М., Радио и связь, 1987.

28. Новохатко С.М. Электротехническая промышленность. Кабельная техника, 1984, №12, с. 6.

29. Абрамов А.А., Бубнов М.М., Вечканов Н.Н. и др. Волоконная оптика, М„ Наука, 1987, с.72.

30. Masuno К., IshiharaK.J. Opt. Comun., 1982, Vol. 3, №4, p. 142.

31. Gardner W.B., Nagel S.R. The Bell Syst. Tech. j., 1981, Vol. 60, №6, p.859.

32. Katsuyama Y„ Mitsunaga Y., Ishida Y. Appl. Optics, 1980, Vol. 19, №24, p. 1200.

33. Алексеева Е.И., Гусев А.И., Милявский Ю.С. и др. Высокомолекулярные соединения, 1986, №6, с.415.

34. Prospect Rd. Des Plaines. De Soto, Inc. (USA), 1982, p.2.

35. Ван-Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров (пер. с англ. Под ред. А.Я.Малкина), М., Химия, 1976.

36. Olshanshy R. Appl. Optics. 1975, Vol, 14, №1, p.20.

37. Mac Chesney J.B., O'Connor, 1974, Proc. Int.Congr.Glass, Ж 6.

38. Schultz P., 1974, J.Am.Cer.Soc., 57, 309.

39. JI.И. Демкина Влияние красящих примесей на светопоглощение оптических стекол. Изд. Машиностроение, Л.о., 1983г.

40. Walcer K.L., Homsy G.M., Geyling F.T., J. Colloid Interface, 1979, 69, 138.

41. Walcer K.L., Geyling F.T., Nagel S.R., J.Amer.Cer.Soc., 1980, 63,552

42. Wood D.L., Mac Chesney J.B., Luongo J. P., J.Mater Sci, 1978,13,1761

43. Wood D.L., Walcer K.L., Sipson J.R., Mac Chesney J.B., Conf.ProcEur. Conf. OptFiber, 1979, 121

44. Walcer K.L., Geyling F.T., Nagel S.R., J.Amer.Cer.Soc., 1980, 63,522

45. Lewis J.A., J.Fluid.Mech, 1977, 8L 129

46. Kirchhof J., Phys.Status Solidi, 1980, 60,127

47. Walcer K.L.,Csensits R., Wood D., Opt.Fiber Communic, 1983, 36

48. Леко B.K., Мазурин O.B. Свойства кварц, стекла, Л., 1985

49. Geyling F.T., Walcer K.L., Csensits R., J.Appl.Mech, 1983, Ж 303

50. Hetherington G., Jack K.H., 1962, Bull Soc.Frans.ceram, 55, 3

51. Унгер X. Г. Планарные и волоконные световоды, 1980, М., 391

52. Данилов Е.Б. Вытягивание волокон, канд. диссер.,1989

53. Imoto К., Sumi М„ Electron.Lett., 1978, 14, р. 749-752

54. Соломин Н.Д. Жаростойкость материалов и деталей под нагрузкой. 1969, М., Стройиздат

55. Lillie, J.Amer.Cer.Soc., 1933, 16,619-631

56. Мазурин О.В., СтрельцинаМ.В., Швайко-Швайковская Т.П. 1979, изд. «Наука», Л., 90

57. Техническое описание башни вытягивания (техническая документация фирмы «Optec», 1982)

58. Foord S.G., Lees J., Proc. IEE., 1976,123, 597

59. Kapany N.S., Burke J.J., Optical Wavequids, N.Y.,1972, 74

60. Muto R., Akijama N., Sakata H., J Non-Cryst.Solids, 1975,19,269

61. Ansel R.E., Stanton J.J., Physics Fiber Optics, 1981, 2,36

62. Ерофеева Е.В., Шевандин B.C. V Всесоюзная конференция «Волоконно-оптические системы передачи» Сборник тезисов, М.,1988, с.91-92

63. Отчет ГОИ им.С.И. Вавилова по ОКР «Прочность-ГОИ» 2001г.

64. Трубы "Heralux". Технические требования и параметры. Рекламный проспект фирмы Heraus. 1986

65. Эйгель В. Физическая химия силикатов, М., 1962, изд. И-JI., 90-67

66. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.М. Справочник диаграммы состояния силикатных систем, М.-Л., 1965, изд. «Наука»

67. Бартенев Г.М. Строение и механические свойства стекол, 1966, М., «Стройиздат», 167-175

68. Proctor В.A., Appl. Mater.Res., 1964, 3, 28-35

69. Дяченко А.А. Отчет ИРА РАН по НИР «Разработка методов оценки влияния условий вытяжки на прочность световодов и методов прогнозирования прочностных характеристик без их перемотки», М., 2001

70. Weibull W., J.Appl.Mechanics, 1951, 293-297

71. Paek U.C., J Light-Wave. Tech., 1986, vLT-4, 8, 1048-1054

72. Paek U.C., Spainhaur C.D., Schroeder C.M., Kyrkjian C.R., Amer. Cer. Soc. Bull, 1980, 59 6, 630-635

73. Отчет ГОИ им.С.И. Вавилова. Разработка особопрочного плоского пятижильного кабеля для связи между вычислительными комплексами, 1994г.

74. Маразян А.Г., Гольдфарб И.С., Иноземцев В.П. Оптические кабели многоканальных линий связи, 1987, М., «Радио и связь», 172

75. Шарле Д.Л. Конструирование и расчет городских телефонных кабелей, 1982, М., Электратомиздат, 47

76. Ябута Т. Механизм увеличения затухания световодов в кабеле при низкой температуре, Денси цусин таккай ромбуси, 1982, 65, №2, 230-237

77. Контракт на разработку высокопрозрачного в УФ области и широкополосного волокна, 1999

78. Hetherington G., Jack К., Phys.Chem. Glassis, 1964, 5,147

79. Гурковский Е.В., Халилов В.Х., Леко В.К. Физико-химические исследования структуры и свойств кварцевого стекла, 1974, М., 75

80. Khalilv V.Kh., Dorfinan G.A., Danilov E.B., Guskov M.I., Ermakov V.E. J. Non. Cryst. Solids, 1994, 119, 17-35, 1979

81. Трухин A.H., Боганов А.Г., Прауменый A.M., Физика и химия стекла, 5, №3, 346-353

82. Халилов В.Х., 1983, Физика и химия стекла, 9, 2, 195

83. Griskom D.L., 1978, Pergamon Press, 232-252

84. Eve M., 1977, Electron Lett., Ц, 315

85. Personic S. D„ 1971, Bell. Syst.Techn. J., 50, 843

86. Olshansky R, KeckD. В., 1976, Appl.Opt., 15, 483

87. Presby H.M., Kaminov I.P., 1976, Appl.Opt., 15, 3029

88. Sladen F.M.E., Payne D.N., Adams M.J., 1978, Proc. 4th ECOC, Cenova, 48-57

89. Kobayshi S., Shibata S., Shibata N., Izawa Т., 1977, Proc. IOOC77, Tokyo, Japan, 309-312

90. Fleming J.W., 1978, Electron. Lett., 14, №11, 326-328

91. A.V. Okishev, R. Boni, K.V.Dukelsky, M.A. Eronyan, V.S. Shevandin, G.A. Ermolaeva, G.E. Nikolaev, and V.B.Shilov, IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.7, NO.3, MAYUUNE 2001, p.471

92. A.V. Okishev, R. Boni, K.V.Dukelsky, M.A. Eronyan, V.S. Shevandin, G.A. Ermolaeva, G.E. Nikolaev, and V.B.Shilov, LLE Review, Volume 85, October-Decembre 2000, p.29