автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Разработка технологии волоконно-оптических световодов на основе высокочистых халькогенидных стекол

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

БАРЫШНИКОВ ИГОРЬ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ НА ОСНОВЕ МШИСТЫХ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКОЛ

ч (Специальность 05.17.11 —технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992 г.

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева на кафедре химической технологии стекла и ситал-лов.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Р. Я. Ходаковская.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Ф. Солинов; кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. М. Кафыров.

Ведущее предприятие — Институт общей и неорганической химии им. И. Н. Курнакова РАН.

Защита диссертации состоится /1.0^_

1992 г. в ¿С — час. в ауд.на заседании специализированного совета Д 053.34.01 в Москов-. ском химико-технологическом институте им. Д. И, Менделеева (125190, Москва, А-190, Миусская пл., 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан ^ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

А. В. БЕЛЯКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность проблемы. Создание технологии волоконно-оптических световодов явилось одним из крупнейших практических достижений современной науки о стекле. Причиной повышенного интереса к волсконнш световодам (ВС) стало уникальное сочетание свойств, сделавшее ВС перспективнш компонентом разрабатываемых систем передачи информации и энергии..

Наиболее перспективен с позиций практического применения ин-франраснкй диапазон длин волн. Появление мсицннх ист очников ИК излучения, особенно промышленных лазеров СО (5-6 мкм), СО^ (10,6 мкм), требует обеспечения гибкими световодньми трактами, способным передавать ИК излучение с минимальнши потерями. К проблеме передачи мощности тесно примыкает проблема передачи ИК излучения малой интенсивности (до I Вт) в датчиках физических и тепловых полей, пирометрах, газоанализаторах и т.п.

К числу основных групп ИК материалов, для которых прогнозируется широкое распространение в ИК волоконной технологии, относятся халькогенидные стекла. В связи с этим особую актуальность приобретают работы по создании спытно-промыпленной технологии халькогенид-ных волоконных световодов (ХГ ВС).

Целью настоящей работы является разработка опьггно-промкилен-ной технологии волоконных световодов чл основе высокочистых халько-генидньк стекол, а такие изучение процэссо! гки промышленных ХГ стекол, получения заготовок ХГ ВС, вь. лГ ВС.

На.учная новизна. В результате исследования процесса очистки промышленных халысогенидных стекол (ХГС) мышьяк-селен, (сера)

методом вакуумной дистилляции выявлено . тепени очистки (те-кперг.турно-временньк условий дистилля! - , и присутствия' химических реагентов на оптико-физические свойства ЛГС. Исследовано влияние нь оптико-механические свойства ХГС К ХГ ПС гемпер-чгуры вакалки-лсго-

товок и теплопровдности закалочных сред. Установлен вид зависимости оптических свойств ХГС и ХГ ВС от температуры закалочной среды. Предложен механизм, объясняющий полученные зависимости порообразованием и кристаллизацией в ХГ стеклах при закалке. Определены температурно-вязкостные характеристики ХГС в зоне формирования К! (луковице). Предложено эмпирическое уравнение, описывающее геометрическую форлу луковицы, а та!же уравнение расчета вязкости в стеклах системы мышьяк-селен. Выявлено влияние на прочностные характеристики ХГ ВС внешних факторов, установлен эид зшшсимости разрушающего напряжения ст радиуса зеркальной зоны разрушенных ХГ ЕС, а также определена величина условной энергии активации процесса деградации разрывной прочности ХГ ВС. Изучена лучевая прочность ХГ ЗС, установлен вид зависимости пороговой мощности излучения от диаметра ВС.

Практическая ценность работ» и реализация в промышленности. Разработан способ очистки промышленных халькогенидных стекол непрерывной вакуумной дистилляцией. Предложен способ и разработаны режимы получения стержней-заготовок для вытяжки ХГ ВС методом отливки с последующей закалкой в средах с высокой теплопроводностью (расплавах галлия, галлия-индия)-. Оптимизированы режимы вытяжки ХГ ВС.

Создана олытно-лромыиленная технология получения волоконных ' световодов для ИК области спектра на основе халькогенидных сгекол системы мышьяк-селен. Сконструировано и изготоадеьо технологическое оборудование для участка по производству халькогенидных ВС.

Технология ХГ ВС внедрьна на опытном производстве ЮТ' электровакуумного стекла.; осуществляется.мелкосериЕныР выпуск ХГ ВС по техническим условиям TX0.735.I25.

Апробация работы. Основные материалы р>:5оты опубликованы л I; работах, 2 авторски/ свидетельствах и долохен?! на С-й Научно-технический конференции молодых специалистов И'ИЭС (Москва, 1986г), на Московской городской конференции по'химии и химической технологии, научно-техничес"ой конференции "МаАсриалы и дег.^глия для воломдемо-»

оптических систем связи" (Москва, 1988г), научно-техническом семинаре "Волоконно-сгшгческие системы и средства В0СС-90" (г.Калининград, Носи.обл., 1990г), Всесоюзной конференции "Волоконная оптика-90" (Москва, 1990г), Выставке-семинаре "ОтечественнкЯ рынок компонентов Еоло::скно-опткческих систем передачи" (Носкяа, 1391г). Заготовки для получения световодов на основе высокочистых халькогенид-ных'стекол зкспошфовались на выставках "Совгех-90" ВДНХ СССР, "Советская наука и техника" (г.Вена, Австрия, 1990г).

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, лгаера-турного обзора, экспериментальной части, изложенной в Ю главах, общих выводов, списка литературы, включающего •/98 наименований, приложений. Работа содержит 230 страниц маикнсписного "текста, включая 62 рисунка и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во' введении показана актуальность работы, приведены основные направления и результаты исследования.

СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ

В соответствии с задачами исследования анализ литературная: данных проведен по направлениям: инфракрасные волоконные световоды . . (ИК ВС) (классификация, теоретический уровень оптических потерь (СП), методы получения, особенности технологии .халькогенидных ИКВС); физико-химические аепкти проблемы получения высокочистых халькогенидных стекол для волоконной оптики; оитические свойства ХГС и вопросы снижения ОТ в ХГ ВС; перспективы применения халькогенидных ВС.

Для среднего ИК диапазона длин волн (2-11 мкм) наиболее перспективны ВС на основе халькогенидных стекол системы ,

-Беи т.п. Теоретический уровень СП в ХГ ВС дискутируется,

предполагаемый минимум на длине волны 5-6 мкм по различном оценкам р т

составляет 10 * 10 дБ/ил.

В технологии ИК ВС используются как традициончг; кетоп,и ("¡те-

биковый, двойного тигля), так и новые (парофазные, золь-гель, плазменные). До настоящего времени технология халькогенидных ЙК ВС. не разработана комплексно, оставаясь на уровне препаративных приемов.

Сложность разработки технологии ХГ ВС обусловлена физико-химическими свойствами ХГС (структурой, повышенной склонностью к взаимодействию с кислородом, кристаллизационной стойкостью), а также мете-риаловедческими особенностями волоконной оптики (требования по высокой степени чистоты используемых материалов - до 10"^*10"%ат.примесей, отсутствии фазового разделения и кристаллизации при термообработке, высокий уровень оптического пропускания на рабочих длинах волн, механическая прочность).

В СССР и за рубежом для получения высокочистых ХГС большое внимание уделяется парофвзнда методам очистки, однако предложенные конструкции установок очистки ХГС и режимы проведения процесса очистки не отвечают требованиям промышленного производства и не выходят за рамки лабораторных методик. Малоизученными остаются вопросы получения штабиков-заготовок из ХГС. Исследуются различные аспекты проблемы получения стержней из ХГС: теплообмен между расплавом и окружающей средой при отливке, влияние возникающих термических напряжений на механические и оптические свойства заготовок и ХГ ВС, подавление процессо кристаллизации при остывании расплава-ХГС и др.

Анализ литературных данных показал перспективность разработки ¿технологии халькогенидных ВС на основе стекол систем М , ,

. В связи с этим для решения задач, поставленных в работе, были выбраны следующие направления исследований: изучение влияния степени очистки (режима-дистилляции) и присутствия химических реагентов на оптико-физические свойства ХГС); изучение влияния температур закалки и теплопроводности закалочных сред на оптико-механические, свс ства ХГС и ХГ ВС; изучение взаимосвязи температурно-вяакостнмх и геометрических характеристик зоны '"ормования ХГ Ш )луковипы) и их-влияния на оптико-уехенкчЬские свойства ХГ БС; разработке комплексного

технологического процесса, Ешгочгюгпего очистку промотленных ХГС, получение заготовки, вытяжку КЗ, контроль оптико-механических параметров с целью организации опитно-промшленного производства ХГ ВС.

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ СПТИЧБСКИХ и шзико-ХИШЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЖОКОТИСТЫХ ХГС И ВС НА ИХ ОСНОВЕ

Измерение коэффициента объемного поглощения проводилось методом лазерной адиабатической калоршетрки, основанном на измерения скорости роста температуры образца вследствие его нагрева при поглощении проходящего через него лазерюго излучения постоянной мощности. Источник излучения СО-лазер ИЛГН-706 (5-6 мкм), приемник излучения -ИМ0-2Н. Измерение полных оптических потерь в ХГ ЕС проводилось методом облома, основанном на сравнении интенсивности излучения, проходящего через ВС различной длины. Значения интенсивностей по всему спектру пропускания ХГ ВС получены на вакуумном спектрометре ИКС-31.

Спектры пропускания ХГС получены на инфракрасном спектрофотометре ИКС-29 при работе по. двухлучевой схеме.

Определение содержания элементов-халькогенов (сера, селен) в ХГС проводилось гравиметрическим методом, основанном на ввделении хальксгена в элементарном состоянии гидроксиламинхлоридом из солянокислого раствора. Метод определения содержания мышьяка в ХГС основан на восстановлении иодидом калия мышьяка (У) до мышьяка (Ш) и титрования выделившегося при этом иода тиосульфатом натрия.

Определение' содержания элементов-примесей (железа, алюминия, магния, меди) в ХГС проводилось спекгргьЧьн'Ы эмиссионным методом, основанном на возбуждении спектров элементов при испарении образцов ■ в дуге постоянного тока и фоторггистрации спектров при помощи спектро-

Г М (* т»-«

графа. Вязкость ХГС в интервалах 10 -10 Па-с и 10 -10 ^а-с определялась стандартными методами вращения щарика в расплаве и погружения стержня-индентора. •

Микрофотографии структуры ХГС' получен»т мечодом растровой »лек-тронной микроскопии на электронном ! .пироскопе щ,у увеличения

- б -

в 7500 раз. Микроскопические исследования стекол на основе селенида. мыпьяка, непрозрачных в водимой области спектра, проводились с использованием инфракрасного микроскопа "ИНФРАМ41" с рабочим диапазоном длин волн 0,75-1,2 мкм.

Прочностные характеристики ХГ ВС определены стандартными , методами. ,

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ХГС

Установлено, что содержание в исходных промьшленных ХГС приме-

О с

сей тяжелых и щелочных металлов на уровне 10 -10 ?5мас. обусловливает пропускание ХГС не вше 50-60%. Присутствие кислорода, водорода, ОН-групп приводит к форлированиго в спектре селективных полос поглощения с интенсивностью до 30$. Перечисленные параметры делают непригодным прямое использование промьшленных ХГС в волоконной оптике.

В качестве метода получения высокочистых стекол была выбрана очистка промышленных ХГС вакуумной дистилляцией, сконструирован реактор очистки. Процесс получения высокочкстых ХГС включал несколько стадий и реализовался с помощью различных температурно-временннх режимов дистилляции. Исследовано влияние температурно-временных условий дистилляции на оптические свойства ХГ стекол. Разработан режим непрерывной дистилляции, совмещавший в единый непрерывный процесс стадии испарения, конденсация и плавления стекла.

На спектрах пропускания ХГС, очишенных непрерывной дистилляцией, практически отсутствовали селективные полосы поглощения групп

(£ )Н. Интенсивность полос не превышала по отдельным образцам 0,5-1$. Коэффициент поглощения стекол Ив^е-з (4-8) •Ю""4см~*,

о т

(1,2-1,4)'Ю см . Сравнение оптических характеристик стекол, очищенных при различных режимах, показало преимущество непрерывной дистилляции как наиболее эффективного и технологичного процесса очистки ХГС //""О.

Исследовано влияние химических реагентов на степень очистки

ХГС. Для изменения химической формы водородсодержащих прямее«! бенио ОН) использованы фторид аммония (тв.) в количестве и,г/л

еддй (осо-мас. и

фторяд серы (У1) (газ.). На спе^ктрах пропускания ХГС, полученных с применением аммония и серы (У1), интенсивность селективных полос поглощения води не превшала 0,5-1^. Коэффициент поглощения уменьшился на 5-7% по сравнению с непрерывной дистилляцией без реагентов.

Для изменения химической формулы кислородсодорг?слщх примесей (в основном окксных форм мышьяка) использован металлический алюминий в количестве 0,1^мас. На спектрах пропускания ХГС, дистиллированных в присутствии алетлиния, интенсивность полос поглощения окепд-Г-ых форм мьгсъяка уменьшилась на 8-12^. Коэффициент поглоцгния снизился на 7-10% по сравнении с непрерывной дистилляцией без реагентов.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИК ВС Исследовенке процессов получения заготовки проводилось по направлениям, обусловленным физкко-хклгмгекшн свойствами ХГС (повы-'шгниая склонность к кристаллизации, бескислородная структура). Разрабатывались процессы получения монозаготовок из ХГС и двуслойных заготовок типа "ытабик-трубка".

Отливка заготовок проводилась двумя способами: I) в разъемной форме с искусственно созданнш градиентом температур ' между диаметрально располокенньмн сторонами заготовки; 2) в эвакуированной под вакуумом кварцевой «/.пуле с последующей закалкой. Для разрабатываемой технологии ХГ ВС базовьм принят второй вариант.

Исследовалась охлаждающая способность различных закалочных сред: воды, воздуха, технических масел типа МС-20, металлического галлия. При использовании расплавов Ся , Ся-1п , получены стержня длиной до 220 юл и диаметром до 20 мм. Большая скорость охлаждения (до 2 тыс.°С/ч) в сочетании с высокой охлагдающей способностью закалочных сред (коэффициент теплопроводности, ккалЛм-Ч'Град) Бе - 25,2 ) исключили процесс пузырчатого кипения расплава, позволили избежать разрушающего действия термоупругих непряжений в стекле. Не выявлено наличие евклей и кристаллизационных явлений в объеме и на поверхности заготовок. В качестве закалоч1<ой.,сред1,:, пригодной в

- О -

в технологии ХГ ВС (негорючей, нетоксичной) принят эвтектический сплав С А-1л (79,5-20,5йчас.).

Исследовано влияние температуры закалки на оптические свойств« заготовок и ХГ ЕС на основе триселенида мшьяка. Полученное при оптимальном режиме дистилляции ХГС закаливалось в интервале температур закалочной среды 50-250°С. Из полученных заготовок вытягивались ВС. По результатам эксперимента установлено, что зависимость пропускания ХГС от Т закелки имеет экстремальный характер, с максимумом в области 200°С. Зависимость ке оптических потерь от Т закалки линейна. В качестве объяснения данного эффекта предложен механизм, учитывающий выявленные при закалке порообразование в ХГС (Тзак.=80-150°С и кристаллизацию (Тзак.£- 200°С). Установлено, что опткмальнш для получения ХГ ВС с СП менее 1000 дБ/км, является интервал Тзек.= 80-

Исследованы процессы получения двуслойных заготовок типа "шта-бик-трубка", с учетом согласования по КЯТР и показателю преломления. Предложены пары стекол Ь^Ч ~ . ИКС-23 ( _5е).

КЛТР компонентов составлял (хЮ7, 1/град) 200,^52£»3 - 260,

ИКС-23 - 246. Отливка трубки производилась методом центробежного литья. С целью снятия возникающих термических напряжений проводился низкотемпературный отжиг вращающейся ампулы с трубкой (120-140°С в течение 2-3 ч). Получены образцы трубок с внешним диаметром до 30 мл толщиной стенок 3-5 мм, длиной до 150 мм. Совмещенные коаксяально стержень и трубка (двуслойная заготовка) перетягивались в ХГ ВС.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ЩЛЖКИ ХГ ВС

Исследовалась геометрия зоны формирования ВС- (луковицы), влияние температурных условий вытяжки на оптические и прочностные свойства ХГ ВС. По результатам эксперимента предложено эмпирическое уравнение образующей луковицы, определяющее вид зависимости радиуса луковицы от ее длины. Вняслена взаимосвязь геометрической формы луко-

вицы, градиента температур в зоне вытяжки и оптико-мехнических свойств ХГ ВС. Установлено, что для ХГ ВС на основе триселенида мьгаьяка зона нагрева 20 мм позволяет получить ХГ ВС с оптическими потерями

до 500-600 дБ/км, прочность» до 0,1 ГПа и радиусом изгиба 20-25 мм.

(рис 3).

Исследованы температурно-вязкостнне характеристики зоны формирования ХГ ВС. Проведен сравнительный анализ температурно-вязкостных зависимостей для стекол Дв^ве-з , известных по литературные данньм я определенной в эксперименте. Предложена уточненная формула расчета вязкости для внсокочистого стекла^к^ку.^г^* -5,4946 + 3149,58/Т.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРСЯНОСТЬ ХГ ВС' Исследованы прочностные характеристики ВС на основе ХГС Я$г$е3 и ИКС-23. Анализ экспериментальных данных проводился с использованием статистического распределения Вейбулла. Установлено, что псстоамная распределения т , характеризующая однородность материала, для ХГС находится в интервале 4-10. Средние значения параметра п , определяйщсго долговечность ВС, составили для стекол

21,5 ; 18,0 ; 1<КС-23 19,5. Разрывная прочность ХГ ВС

составила 0,04-0,1 ГПа. Для исследованных образцов отмечено увеличение разрывной прочности на 30-40%, при нанесении фторопластового покрытия. На ХГ ВС типа >1бгбез покрытия исследована зависимость прочностных характеристик от воздействия повмпенных температур (+23°С, <-75°С, +85°С, +Ю0°С). Установлено, что с увеличением термообработки расчет размера областей микрооднородиостей, увеличивается дефектность ХГС, г. прочность ХГ ВС снижается. Снижение прочности для ХГ ВС в за-, питнсй фторопластовой оболочке на порядок меньше, чем в непокрытых 'образцах. Рассчитана энергия активации процесса деградации разрывно!' прочности ВС на основе триселенида мьиьяка в предположении, что р5яр--'Рчое напряжение подчиняется закономерности аррениусовского типа 6" = б„е<р (Е/КГ). Величина энергии активации определена Е =0,04эВ. Атлетическая зависимость предела прочности от радиуса зеркальной Л01*,.-ч,;с1И определено кок & =ГА, где пар-метр А согласно эксперл-

2 4 Рив.1. С|

6 8 'О ^ мхм

ипектры пропускания ХГС, полученных в различных режимах дистилляции:

1-однокрьтная ■2-трехкратная

3-непрерывная

4-непрерывн.+хии.реаг.

V» /<г л оС.йГ 'кы

70 Во А$г $еа +/ {2оа юоо

50 оС — - хгбс А 0400 мкм у / Г т

40 30 / ХГС. 020 ии /,30 мм ш ¿)аа

20 1 5>0 мкм -1_1_ 200

323 370 423 473 Г,-К

Рис.2. Влияние температуры заколки на оптическое пропускание ХГС и коэффициент затухания

Рис.3. Влияние условий вьггяж- . Рис.4. Влияние температуры на

ки на разрывную прочность разрывную прочность ХГ ВС. .

и коэффициент затухания ХГ ВС. 1а -длина зоны нагрева

ментальным данпьм 0,60+0,05/рыс. 4).

Исследован процесс деградация прочностных характеристик ХГ ВС в процессе хранения в нормальных условиях и при повышенной температура +85°С. Не наблюдалось изменений прочности при температуре +23°С в течение 20 тыс.ч. У ВС без оболочки снижается прочность в 2-2,5 раза при наработке 5 тис.ч при ч85°С. Полученный результат объяснен термической активацией процесса роста дефектов (трещим), а также кристаллизационными процессеми.

НАНЕСЕНИЕ ПРОСВЕГЛЯЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ХГС И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУЧЕВОЙ ПРСЯНОСТИ ХГС И ХГ ВС

В оптических системах из элементов с высоким показателем преломления потери па отражение могут, достигать 40$. Для снижения влияния отражения на ХГС были нанесены просветляющие покргяяп (пленяя).

В качестве просветляющего покрытия использован фторкд свинца.' Для 1

компенсации гигроскопичности Рв?£ применено напыление второй'пленки сульфида цинка. Дополнительная пленка увеличивала отрвжейЯе, по предохраняла пленку РвРз от воздействия влаги. В есетггтотвпа с расчетом получены уровни пропускания 95% для 94$ для А^Ь а диапазоне длкя волн 5,13-5,5 мкм.

'' ПИШ0Ч1ЩЦАЩАЯ ОПТОВОЛОКОННАЯ ЛИНИЯ

Разработана конструкция оптоволоконной линия (ОВД) с градиентной цилиндрической линзой на основе галогенедов »галлия в качестве узла ввода излучения в ХГ ВС на основе Лй^&з в качестве световодного тракта. При конструировании ОВД была разработана методика расчета оптико-физических паряметрои градиентных линз. Методика позволяет оие--нить влияние технологических факторов (неперпендикулярность входного и выходного торцов, отклонения от технологической длгага) на оптические- свойства градиентных линз, основана ка использовании модифицированных уравнений Когельника, описывающих траекторию лучей в градиентных средах. Приемо-передавдая оптоволоконная линия была испытана

на передачу излучения СО лазера с.длиной волны 5-6 мкм, мощностью I Вт в течение 4ч.

РАЗРАБОТКА ШШНО-ЛРСЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ХГ ВС

Разработана технологическая схема получения волоконных световодов на основе высокочистых стекол.системы , включая: очистку промышленных ХГС вакуумной дистилляцией, гомогенизацию высокочистых ХГС под вакуумом, отливку и закалку заготовки, контроль оптических свойств заготовки, вытяжку оптического волокна, нанесение полимерного покрытия, контроль оптико-механических параметров ХГ ВС. Технология ХГ ВС на основе высокочистых стекол системы внедрена на опьггноы производстве научно-исследовательского института электровакуумного стекла (г.Москва). ХГ ВС выпускаются малыми партиями по техническим условиям ТХО.7.35.125 ТУ.

В ходе внедрения были разработаны конструкции и изготовлены опытно-промышленная установка очистки ХГС методом вакуумной дистилляции, комбинированная установка гомогенизации, отливки и закалки заготовок, установка вытяжки ХГ ВС. На способ получения заготовки получено авторское свидетельство.

Разработанная технология обеспечивает получение ХГ ВС с параметрами: рабочая длина волны излучения 5-6 мкм, коэффициент затухания не более 850 дБ/км, диаметр ВС 250-450 мкм, длина ВС 10-30 м. При эксплуатации допускается изменение коэффициента затухания в пределах: при -40°С - 1500 дБ/км, при +85°С - 2500 дБ/км. ХГ ВС вццер-

2

кивают разрывное усилие не менее 4*10 ГТСа. Минимальная наработка составила 500ч.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

I, Разработана опытно-про..,ышленная технология волоконных световодов на основе высокочистых ХГ стекол системы - . Выявле-ии физико-химические и технологические особенности процессов полу-

чения высокочистых ХГ стекол и ВС на их осповв.

2. В результате комплексных исследований, процесса очистки промышленных ХГ стекол методом вакуумной дистилляции предложен режим непрерывной дистилляции, позволяющий получать высоксчистые ХГ стекла с коэффициентом поглощения (4-8)-КГ4 см"* для М^зи (1,2-1,4) «КГ3 см~* для . Вьшвлены зависимости величины селективного поглоще-

ния на примесях от температуры дистилляции, а также коэффициента поглощения от времени дистилляции. Показано, что дистилляция в присутствии химических реагентов снижает содержание поглощающих водород-и кислородсодержащих примесей. При ььедечии фторида ашончя и фтори-д-г сер'' {?!) интенсивность полос п^глэ^ашп грулл ОН не превышает 0,5-1$, а присутствие металлического алюминия 0,1% мае. снижает интенсивность поглощения оксидных форм мыцьяка на 8-12$?.

3.. Исследованы процессы формирования крупногабаритных заготовок диаметром до 20 мм и длиной до 220 мм из высокочистых ХГ стекол методом отливки с последующей закалкой й различных средах. Заготовни с высокими оптико-механическими параметрами получены' отливкой и закалкой в жадкометаллических средах.. Выявлены температурные области закалки, позволяющие получать заготовки для вытяжки ВС с малым затуханием и высокочистьге ХГ стекла с высоким уровнем пропускания. На способ получения заготовок получено авторское свидетельство-М624926 (СССР). ( .

4. Проведено комплексное исследование зоны формования (луковицы) ВС на основе стекол - Бе. . Выявлена взаимосвязь протяженности зоны нагрева заготовки, геометрической формы луковицы и ее тем-лературно-вязкостных характеристик. .Показано, что совокупность указанных факторов влияет на оптико-механические свойства ХГ ВС. Предложены эмпирические уравнение, описывающее геометрическую форму луковицы, а также уравнение расчета-вязкости в стеклах -^е. . Определена технологкческие параметры процесса вытяжки ХГ ВС, обеспечи-рэюрще получение ВС в опнтно-пуомкпленных масштабах.

- 145. Исследованы прочностные характеристики ХГ ВС. Определены значения.прочностных параметров ХГ ВС на основе стекол - Р , /¡5 - ?> -бе., характеризующих однородность и долговечность материала ВС ( ^ = 4-10, Л- = 18,0-21,5). Выявлено влияние на прочностные характеристики ХГ ВС повьиенных температур и наличия защитной фторопластовой оболочки (на ВС). Покапано, что при повышении температуры до +100°С разрывная прочность деградирует в 2 раза. Рассчитана условная энергия активации процесса деградации разрывной прочности ВС типа

Е = 0,04 эВ. Показано, что прочность и долговечность ХГ ВС, в основном, определяется технологией изготовления (отсутствием дефектов, трещин, однородностью защитного покрытия).

6. Установлено, что оптическое пропускание ХГ стекол систем

-Р ¡Я £ и ВС на их основе может быть улучшено нанесением просветляющих пленочных покрытий. Показано, что двойная пленка РЬ^. и позволяет получить в рабочей области длин волн 5-6 мкм уровень пропускания не менее 94-95%. Выявлена зависимость лучевой прочности ХГ ВС от диаметра световода. Предложено эмпирическое уравнение пороговой плотностр мощности для ХГ ВС типа - .

7. Предложена методика расчета узлов ввода излучения в ХГ ВС

на основе градиентных цилиндрических линз. Показано, что технологические факторы (неперпендикулярность торцов линзы, отклонение от заданной длины) влияют на оптические свойства узлов ввода излучения. Разработана конструкция приемо-передающей линии дляг-ИК области спектра на основе ХГ ВС и градиентных цилиндрических линз.

8. На основе проведенных исследований и полученных экспериментальных данных разработана технологическая схема и определены тено-логические параметры производства ХГ ВС на основе стекол №-£е. .

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

I. Чупраков В.Ф., Сахаров В.В., Кононова Н.М.; Лойцкер Э.Н., Харитонова Г.Е., Барьшшков И.Л. Прочность ИК-волоконнмх световодов, изготовленных из вьсокочистнх халькогенидных стексл // Высокочистые

вещества. 1991. If4. с. 220-225.

2. Чупраков В.Ф., Сахаров В.В., Кононова Н.М., Лойцкр Э.Н., Харитонова Г.Е., Барышников И.А. ИК-волоконные световоды из хальгенид-ных стекол^" Стекло и керамика.-1991.- .Тб.-'е. 13-15.

3. Барыпникоп И.А., Брызгалова Л.И., Сахаров В.В., Сегал Н.Г, Слтофизический анализ реальных градиентных цилиндрических линя // (Материалы 8-й научно-технической конференции молодых Специалистов НИИЭС, март-алрель 1966г,-М. ЦНШ"Электроника".-IS86, сер.6, вып.1(228).-

с. И-13.

4. Барышников И.А., Орлова Л.Л., Сахаров В.В., Содыяь И.С. Све-товодная приемо-передаюдая линия щя гелий-неонового лазера/' Материалы 8-Я научно-технической конференции молодых специалистов НШЗС, март-алрель 1986г.-М. ЦНИИ"Электроника".-1986, сер.6, вып.1(228).-с. 14-15.

5. Сахаров В.В., Лойцкер Э.Н., Гнатюк Л.Н., Барышников И.А., Акимова A.B., Шибаев И.Н., Ходаковская P.A. Халькогенидные ИК волоконные световоды - технология, свойства, опытное производство/' в сб. '•'ьтерислм и изделия для волоконно-оптических систем связи. Материалы научно-технической конференции.-1988, !•!., ЦНИИ"Электроника".-1988.-сёр.6, вып.1(285). с. 45-48.

6. Чупраков В.Ф., Кононова Н.М., Барьшников И.А., Лойцкер Э.Н., Назарова Т.С., Громова.Л.А. Прочность бескислородных ИК волоконных спетоподов/' в сб. Материалы и изделия для волоконно-оптических систем сряэи. '.'.атериалн научно-технической конференции;-1988, М., ЦНИИ "Электроника".-1908, сер.б, вш.П225)'.-с. 76.

7. Сахаров В.В., Гордова М.Р., Левина B.C., Орлова Л.Л., Гро-чепа Л.Л., Бзршников И.А., Лойцкер Э.Н. Волоконно-оптические линии для врода и передачи мало- и высокоинтенсиЕного лазерного излучения видимого и ИК диапазона// Волоконно-оптические системы и средства (ВХС-90), Сб, тезисов докладов научно-технического семинара по ВССС." 1990, (г.Калининград, Моск.обл. ).-с. 18-19. '

8. Чупраков В.ф., Кононова Н.М., Харитонова Г.Е., Сахаров В.В., Лойцкер Э.Н., Барышников И,А., Грошева Л.А., Назарора Т,С. Эксплуатационные механические характеристики волоконных световодов для ПК области спектра// В0СС-90, Сб. тезисов докладов научно-технического семинара по BOCC.-I990. (г.Калининград, Моск.обл.).~с, 57,

9. Сахаров В.В., Барьшников И.А., Лойцкер Э.Н., Акимова A.B., Чупраков В.Ф., Ходаковская Р.Я., Шибаев И.Н. Влияние технологии получения заготовок стекол системы ft? - ?t на оптические свойства ИК волоконных световодов,^ Сб. тезисов докладов Всесоюзной конференции "Волоконная оптика - 90",-М., 1990.-е. 402.

10. Чупраков В,®., Кононова Н.М,, Харитонова Г.Е., Сахаров В.В., Лсйцкер 8.Н., Баранников И.А. Механическая прочность хапькогенидаых ИК волоконных световодов/' Сб. тезисов докладов Всесоюзной конференции "Волоконная оптика - 90".-М., 1990.-е. 407.

11. Фирсов В.М., Берикашвили В.И., Соколов D.A., Барьшников И.А., Гнатюк Л.Н., Заяц А.И., Лорьян P.P. Состояний разработки и производства изделий волоконной оптики в НПО НИИЭС^ Сб. докладов семинара Отечественный рынок компонентов волоконно-оптических систем передачи", 22-24 окт., 1991, М. - с. 56-61.

12. Авторское свидетельство IP I438I59 (СССР). Способ для получения заготовки из фторидного отекла и устройство для получения заготовки из фторадного стекла. (Сахаров В.В.., Гречко Е.Г., Семенова Т.В., Барышников И.А.). - 1988г^ ' '

13. Авторское свидетельство JP 1624926 (СССР), Способ получения стержней из халькогенидных стекол. (Акимова A.B., Барышников И.А., Лойцкер З.Н., Сахаров В.В., Ходаковская Р.Я., Шибаев И.Н.). - 1989г.