Оптоволокно

1.

Введение

.

Волоконна оптика — розділ оптики, який би розглядав поширення електромагнітних хвиль оптичного діапазону по световодам — оптичним волокнам. Конструкція окремо взятої оптичного волокна досить проста. Сердечник з оптично більш щільного матеріалу оточений оболонкою з меншим коефіцієнтом заломлення і всі покрито захисної оболонкою (мал.1). Оптичне волокно — типовий діелектричний хвилевід електромагнітних волн.

Коли натовп світла перетинає кордон розділу двох середовищ з показниками заломлення n1 і n2 те, як відомо, спостерігаються два явища: переломлення і відбиток. Якщо світловий потік перетинає кордон розділу із боку оптично більш щільною середовища, то кут заломлення більше кута падіння. З зростанням кута падіння переломлений промінь буде притискатися до кордону розділу. І, нарешті, за певного вугіллі падіння, званому критичним, переломлений промінь почне сковзати вздовж поверхні розділу. При кутках падіння, великих критичного, переломлений світловий потік відсутня (в ідеалізованому разі), поверхню розділу набуває властивості дзеркала — вся стерпна променем енергія залишається в відбитому потоці. Це називається повного внутрішнього відображення (мал.2). На ефект повного внутрішнього відображення збудовано всі оптичні волокна. Умовно оптичним волокном називають световоды, діаметр яких менше 0.5 мм.

Традиційні провідні лінії, коаксиальные кабелі, НВЧ волноводы — всі вони потребують найдорожчих і престижних дефіцитних матеріалів, по меншою мірою, міді. Для виготовлення скловолокна потрібні окисли кремнію — найпоширеніші на Землі речовини. Волокна з прозорих пластиків також не потребують рідкісних матеріалах. Отже, джерела сировини для световолокон мало обмежені. До цього слід додати, що у діаметру оптичні кабелі значно коротші металевих. Матеріали оптичних кабелів не піддаються корозії і екологічно безопасны.

Волоконно-оптичні кабелі не сприйнятливі до перешкод із боку електромагнітних полів радіодіапазонів, самі створюють таких перешкод. Тож у плані електромагнітну сумісність — це ідеальні кошти передачі. Так само досконалі які й по електробезпеки, оскільки стерпні у яких потужності дуже малы.

Щоб передати світло на деяке відстань необхідно зберегти його потужність. Знизити втрати за його передачі можна, по-перше, забезпечивши досить оптично прозору середу поширення, цим, звівши до мінімуму поглинання хвилі, і, по-друге, забезпечити правильну траєкторію руху променя. Перше завдання нині вирішується питання з допомогою застосування високотехнологічних матеріалів, як-от чисте кварцове скло. Друге завдання вирішується питання з допомогою закону оптики, описаного выше.

І серцевина, і оболонка виготовляються із скла або пластика. Найчастіше (внаслідок кращих характеристик) використовується оптоволокно типу «стекло-стекло », коли серцевина і оболонка виготовляються з особливого кварцевого скла. Зрозуміло, що скло, що використовується для оболонки, повинен мати менший показник заломлення, ніж для серцевини. Показник заломлення скла регулюється з допомогою легуючих добавок. У оптичних волокнах показники заломлення серцевини і оболонки різняться на величину порядку 1%.

Згасання в световоде, тобто втрата потужності світлового сигналу відбувається, переважно, з двох причин: поглинання і рассеивание.

Поглиненна пов’язані з порушенням у вихідному матеріалі световода електронних переходів і резонансов. Внаслідок цього збільшується теплова енергія, яка накопичується в оптичному волокні. Поглиненна залежить як від властивостей матеріалу, з якого виготовляють оптоволокно, і від довжини хвилі джерела света.

Розсіювання менше залежить від властивостей матеріалу в основному, визначається порушенням геометричній форми оптичного волокна. Наслідком цих порушень і те, що коли частина променів залишає оптоволокно. Інтенсивність розсіювання залежить тільки від якості матеріалу, з якого виготовляють серцевина волокна, а й від якості оболонки, бо значна частина сигналу, всупереч геометричній оптики, поширюється у ній (це явище пов’язані з квантової природою світла). Боротися із цим можна з допомогою нанесення на оболонку яка поглинає покрытия.

Гнучкі джгути волокон йдуть на передачі і світла по протяжному каналу. Область застосування — медичні і технічні эндоскопы, призначені для візуальним спостереженням внутрішніх органів людини і тварини, і навіть під час огляду деталей конструкцій, що є в важкодоступних місцях (наприклад, двигуни літаків і автомобилей).

Джгути передачі зображення мають (орієнтовно) такі размеры:

|Диаметр джгута, мм |5−100 | |Діаметр одиничного волокна, мкм |2−500 | |Довжина джгута, мм |100−5000 |.

Принципова схема передачі дуже проста: світло, відбитий предмета, потрапляє на вхід светопроводящего джгута, поширюється ним і виходить із протилежного кінця до приймача випромінювання (наприклад, оку людини) (рис .3).

Діаметр волоконної жили може бути малий, т.к. явище проходження світла через стрижень принципово не змінюється до того часу, поки діаметр стане порівнянних довгою світловий хвилі - у разі закони геометричній оптики втрачають силу, й у значною мірою починають виявлятися хвильові властивості світла (дифракція). Проходячи через оптоволокно діаметром 50 мікрон, світло може перетерплювати від 3000 до 20 000 відображень на метр, отже, задля забезпечення високої светопропускания необхідна гладка поверхню й висока прозорість середовища световода, а як і прилеглій до нього среды.

Для передачі необхідна щільна укладка волокон в джгути. Якщо за цьому дві сусідні волокна розташовані на півметровій відстані менше полуволны який струменіє світла, то світло може просочуватися вже з волокна в сусіднє (рис. 4). Щільно які працюють у джгуті волокна торкаються одна одної друг з одним, і просочування світла утворилася не так лише з самої лінії контакту волокон, а й у області, де відстань з-поміж них менше половини хвилі. Просочування світла значно погіршує контраст зображення знижує розрізнювальну силу световода і приладу загалом. Щоб запобігти просочування світла волокна необхідно ізолювати друг від друга тонкої оболонкою з прозорого матеріалу із меншим показником заломлення, ніж в волокон (саме із метою на жилу волокна наноситься оболонка з близьким значенням показника заломлення). Така оболонка має забезпечити гладкість і чистоту поверхні светопроводящей серцевини волокна, необхідних винятку світлових втрат за повної внутрішньому відображенні. Ізольовані волокна можна витягати з циліндричною заготівлі з серцевиною зі скла з великим показником заломлення і оболонкою завтовшки 1−2 мікрона зі скла з низьким показником заломлення. Також для запобігання просочування на волокно можна завдати тонкий шар металу. У багатожильних световодах зручно застосовувати скляні волокна, ізольовані друг від друга спеціально підібраною пластичної ізоляцією. Многожильные волокна мають хорошими механічними властивостями (гнучкість, міцність). З допомогою таких багатожильних светопроводящих кабелів досягається велика що дозволяє сила:100−200 і більше ліній на миллиметр.

Светопропускание сучасних оптичних волокон становить менше 90% на метр, а поглинання не більш 0.1% на метр. Кількість светопроводящих жив световода залежить від необхідної роздільною сили приладу. Необхідно як і відзначити, що у джгутах хорошої якості світло, який увійшов через бічні поверхні, може піти лише крізь поверхні, паралельні осі волокна, тобто. світло, який увійшов не із боку вхідного торця световода, неспроможна залишити световод через спостережуваний (вихідний) торець. Такий світло не створює млу розсіяного світла не вдома, яка погіршує отримане зображення. Наведений факт не належить до жгутам з шорсткуватої поверхнею волокон, джгутів, торці яких немає перпендикулярні волокнам й у конічних джгутів. Боротьба розсіяним світлом перестав бути основний проблемою під час створення волоконных систем передачі зображення (тим паче, що з зовнішнього розсіяного світла джгут охороняє надання у непрозорий покриття).

2. Загальна схема технологічного процесса.

Першим етапом у процесі виготовлення световодов є визначення підхожих за низкою параметрів матеріалів, з яких надалі виготовлений световод. Для будь-яких типів световодов необхідні матеріали високого рівня однорідності з максимально гладкою поверхнею розділу серцевини і оболонки. Матеріал оболонки повинен добре прилипати до серцевині волокна. Ці дві вимоги відвернуть надмірні втрати світла при розсіюванні і за виході світла межі волокна. Прозорі пластики внаслідок наявності структури розсіюють світло, що зробила їх недостатньо придатними для световодов великий довжини, яка, щоправда, не й у волокон, передавальних зображення. Гарним матеріалом для оболонки, та серцевини є скло, має дуже важливе перевагу над іншими матеріалами — можливість широко вибору показника заломлення при допомоги легування скла на стадії виплавки. Довжина шляху світла световоде більше, ніж у оптичних приладах, отже, необхідно скло високої прозорості без украплень сторонніх матеріалів і бульбашок повітря. Висока прозорість скла який завжди сумісна з великим показником заломлення: щодо останнього скло носить жовтуватий відтінок. У видимій ділянці спектра, саме цей діапазон оптичного випромінювання розглядається при перенесення зображення световоду, скляне волокно довжиною 2 метри пропускає близько 50% світла, падаючого на торець джгута або близько 80% світла, що пройшов световод. Різниця цих величин обумовлена экранированием частини перерізу джгута ізолюючими оболонками волокон і відбитком світла від торця джгута. Остання проблеми можуть стати вирішеною нанесенням на вхідний торець джгута просветляющей плівки, аналогічною тій, які використовують при просвітління оптики. Перша ж проблема вирішується шляхом зменшення товщини зовнішньої оболонки окремого волокна (на товщину поширюється полуволновое ограничение).

Основними матеріалами є кристалічний кварц і кварцове скло — різноманітні форми оксиду кремнію (SiO2). У кварцовому склі оксид кремнію перебуває у аморфною форми і й тому він не дає тріщини при різкому перепаде температур, як кристалічний кварц, має надзвичайно низький коефіцієнт температурного розширення й теплопровідності. На відміну від зазвичайного скла, яке з суміші різних компонент, кварцове скло полягає з оксиду кремнію, а кількість домішок інших хімічних елементів украй обмаль. Це спричиняє з того що кварцове скло має широкий спектр пропускання (через скла з кварцу можна навіть загоряти), малим поглинанням світла (звичайне шибку поглинає стільки ж світла, як і кварцове скло завтовшки 100 метрів), високої оптичної гомогенністю (однорідністю), стійкістю до іонізуючим випромінюванням і лазерного випромінюванню високої інтенсивності, низьким коефіцієнтом температурного розширення (приблизно 20 разів менша по порівнянню зі звичайним склом), високої робочої температурою (більш 1200 оС, що у 4 рази більше, ніж для звичайного скла). Спектр оптичного пропускання синтетичного кварцевого скла Suprasil 300, оптичного скла BK 7 і звичайного скла представлені на див. мал.5. Спектр видимого світла лежить приблизно межах від 380 нм до 760 нм. див. мал.5 Усе це зумовлює широке застосування кварцевого скла в оптике.

Другим етапом виробництва оптоволокна є визначення методу виготовлення световода з вибраних матеріалів. Технологічний процес виготовлення световодов з урахуванням кварцевого скла ділиться на два етапу. Перший етап — отримання заготівлі, що дає скляний стрижень завдовжки близько метри й діаметром близько 10−20 мм. Другий — витягування световода з заготівлі. На це є кілька способів, кожен із новачків має переваги та недоліки. Способи дозволяють отримати різний профіль показника заломлення. Волокна для передачі передають не дискретні імпульси, через це слід вибрати метод, дозволяє отримати ступінчастий показник заломлення (див. мал.6). Найпростіший і добре відпрацьований шлях — витягування волокон методом подвійного тигля, який докладно розглянутий нижче. Видовжене волокно намотується на барабан, потім виробляється перемотування, у процесі якого волокно вкладається належним чином в световодный джгут. На кожному окремому етапі виробляється контроль параметрів заготовки.

Особливим чином ситуація з перевіркою міцності световодов. Розраховані певні стандартні зусилля, у яких волокно на повинен рватися. Здається, не так важко перемотати волокно під навантаженням, взятої з запасом. Порвалось — погане, не порвалося — хороше, можна використовувати з меншими навантаженнях. Проте чи все просто. Річ у тім, що дефекти, наприклад тріщини, які до випробування не призвели до псування волокна, могли розвинутися під час тестування, і за наступному додатку навіть меншою навантаження волокно може порвати. Прогнозувати зростання тріщин досить складно, оскільки вона від середовища, у якій перебуває волокно, і південь від механічних навантажень (зокрема вигинів). Отож стовідсоткову гарантію на волокно дати неможливо. Взагалі, прямі випробування стійкості властивостей й надійності волокна провести важко. Неможливо, наприклад, оцінити самовільні зміни прозорості, якщо характерний період таких змін становить близько десятиріччя. Щоб розв’язати цю проблему, световоды витримують за підвищеної температурі, прискорюючи старение.

Пильної уваги вимагає чутливість незахищеного волокна до водянику пару. Це критичне властивість було знайдено дуже швидко після налагодження випуску оптичного волокна, але було також встановлена і протидія йому: безпосереднє покриття световода захисної плівкою завтовшки кілька мікрометрів у процесі витягування волокна. Ця захисна оболонка, переважно що складається з полімеру, повністю захищає световод. Вона підвищує також механічну міцність световода і його пружність. З іншого боку, забезпечується сталість параметрів при несприятливих оточуючих умовах; без захисної оболонки вони знижуються кілька годин чи дней.

Необхідно, звісно, вживати заходів захисту у тому випадку, коли кілька световодов об'єднують у одному кабелі, який надалі буде згинатися і скручуватися. Це трапляється при намотке на барабан і за укладанні. Конструкція кабелю має бути таким, щоб негайно усунути механічні перевантаження световода. Але прагнути лише руїна волокна, а й микроизгибы. Вони виникають, коли светопроводящие волокна лежать на шорсткуватої поверхні за наявності растягивающей сили, і може викликати додаткові світлові втрати. Це можна поспостерігати на демонстраційному досвіді, коли до светопроводящему волокну, туго, виток до витку намотанному на барабан, підводиться видимий світло, наприклад, від He—Ne лазера. Весь барабан у своїй випромінює яскравий червоне світло, що на світлові втрати, викликані мікро звивинами. Щоб зменшити механічні навантаження на волокна, був випробуваний деякі рішення. Окремі провідники вільно укладаються у поперечному сечении кабелю; у процесі виготовлення кабелю стежать, щоб волокна були трохи довший, ніж кабель. При цьому световоды лежать вільно в тонких гнучких трубках чи них накладається пориста ізоляція. Слабкою місцем є оболонка волокон зі східчастим показником заломлення. Її показник заломлення, який лише не набагато менше від показника заломлення сердечника, може у несприятливих випадках збільшитися при низьких температурах, що викликає порушення умови повного внутрішнього відблиски і відповідно з’являться додаткові втрати на излучение.

Оптичне волокно зі своєї фізичну природу є дуже маленьким волноводом. Серед, вільна від напруг і зовнішніх сил, цей хвилевід проводитиме світло, инжектированный до нього з мінімальними втратами, чи загасанням. Для ізоляції волокна від такого типу зовнішніх сил були розроблено два виду перших рівні захисту: вільний буфер і щільний буфер.

У конструкції з вільним буфером волокно лежить у пластикової трубці з внутрішнім діаметром, який значно більше, аніж сама волокно. Внутрішнє простір трубки зазвичай заповнюється гелем. Вільний буфер ізолює волокно від зовнішніх механічних сил, які впливають на кабель. Для многоволоконных кабелів кількість таких трубок, кожна гілка яких містить одне чи кілька волокон, узгоджується з елементами жорсткості запобігання напруги волокон й у зменшення розтяги і взаємного влияния.

Інша техніка захисту волокна — щільний буфер, — використовує безпосередню экструзию (витискання) пластика навколо базового покриття волокна. Конструкції з щільним буфером здатні витримувати набагато більше сильні ударні і давящие навантаження без ушкодження волокна. Проте конструкції з щільним буфером забезпечують нижчу захист волокна від напруг та інших змін температури. Будучи щодо гнучкішим, по порівнянню з вільним буфером, щільний буфер, якщо встановлено з різкими звивинами і перекручуванням, викликає оптичні втрати, перевищують номінально допустимі внаслідок микроизгибов.

Більше досконалої конструкцією з щільним буфером є «гібридний «чи «композитний «кабель. У композитном кабелі волокно в щільному буфері оточене арамидным волокном і оболонкою. Такі одноволоконные елементи потім покриваються загальної оболонкою, що й формує композитний кабель.

Кожна з описаних конструкцій має переваги та недоліки. Вільний буфер забезпечує нижча згасання сигналу при поширенні його за кабелю внаслідок мінімальної концентрації микроизгибов і високий рівень ізоляції від впливу зовнішніх сил. При тривалому механічному напрузі вільний буфер забезпечує більш стабільні передають характеристики. Конструкція з щільним буфером забезпечує менші розміри, легший вагу при однаковою конфігурації волокна і взагалі разі, дає понад гнучкий, изломоустойчивый жгут.

Якщо оптоволоконий джгут повинен мати високу рухливість, його захисна оболонка можуть виконати із нержавіючої сталі чи пластика в формі гнучкого кільцевого шланга (на кшталт подушного). Палять як і може мати жорстко фіксовану форму. І тут форма і матеріал корпусу, що містить волокна, визначаються умовами эксплуатации.

Не залежно від області застосування оптоволоконні вироби потребують механічної захисту. Перевищення нормальних навантажень для кабелю під час монтажу може поставити волокно до стану розтяги. Рівні механічного напруги можуть викликати втрати на микроизгибах, що зумовлює збільшення загасання і усіляким ефектів втоми матеріалу. Задля більшої выдерживания таких навантажень, що забезпечує простоту і швидкість монтажу, і навіть тривалу експлуатацію, до конструкції волоконнооптичного джгута додаються різні внутрішні елементи жорсткості. Такі елементи жорсткості захищають волокна від напруги, мінімізуючи розтягнення і взаємна вплив, можливо зменшуючи у своїй гибгость джгута. У окремих випадках вони становлять також як термостабилизирующие елементи. Запас розтяги у оптичного джгута дуже малий — досі облому волокна, тому елементи жорсткості повинні мати низьким рівнем розтяжності при очікуваних силах розтяги. Опірність ударам і тиску, гнучкість і скручиваемость є іншими механічними чинниками, впливають вплинув на вибір елементів жорсткості. Елементи жорсткості, які найчастіше використовують у волоконно-оптичних кабелях — це арамидное волокно, стекловолоконные эпоксидные прути і сталеві дроту. Щодо одиниці ваги арамидное волокно вп’ятеро міцніше стали. Воно й стекловолоконные эпоксидные прути часто є вибором, коли потрібно повністю диэлектрическая конструкція. Слід вибирати сталь чи эпоксидные прути, коли потрібно робота при низьких температурах, оскільки вони мають кращої температурної стабильностью.

Визначення кількості волокон в кабелі залежить від сфери застосування майбутнього вироби. Усередині джгута волокна можуть розташовуватися вільно щодо одне одного (крім кінців джгута) — у разі джгут називається дуже гибким.

Для виготовлення джгутів зручні волокна діаметром 50 мікрон. Такі волокна досить усталені; укладка таких волокон щодо нескладна. Більше тонкі волокна ламаються при регулярної укладке.

Вхідні і вихідні торці покладеного джгута спекаются і поліруються таким чином, що вони були суворо рівнобіжні між собою і злочини рівнобіжні кожному перерізу распрямленного джгута. Палять вільних гнучких волокон може мати торці різної конфігурації. Конфігурація одного торця джгута може бути перетворять на будь-яку іншу іншому кінці (можна перетворити коло в лінію і наоборот).

Якщо джгут не призначений передачі ідентичної зображення, то доцільно застосовувати джгут із довільною укладанням волокон через їх значно меншою вартості. За необхідності вхідний торець джгута може бути відшліфований мій формою неплоской поверхні, зображення якої хотілося б передати. Протилежний кінець джгута можна за цьому залишити плоским.

Там, коли зовнішній розсіяне світло («шум») шкідливий, можна застосовувати які поглинають барвники, веденные в оболонку волокон. Природно, що ведення светопоглощающего барвника погіршує светопропускание световода.

Порядок укладання волокон не завжди однаковий (див. мал.7): гексагональная укладка, квадратна укладка, ромбическая укладка, укладка волокон до кількох, або кілька рядів. Порядок укладання на вході і виході може збігатися. З отриманням зображення спостережуваного предмета порядок укладання визначається необхідної роздільну здатність приладу. Максимальному вирішенню відповідає максимальна щільність укладання волокон.

3.Поэтапное опис технологии.

3.1Выбор і опис материалов.

3.1.1 Вибір матеріалу сердечника та прозорої оболонки волокна.

Рис. 8 Залежність показника заломлення бінарною стеклообразующей системи В2О3 — SiO2 від молярной частки оксиду кремнію М (SiO2):

Рис. 9 Залежність показника заломлення плавленого кварцу від молярной частки оксиду германію М (GeO2):

З більшості видів шибок найнижчим поглинанням в видимій ділянці спектра має плавлений кварц — за умови високого рівня очищення гомогенності (однорідності за складом). Значні переваги кварцу обумовлені малими внутрішніми втратами на розсіювання. Висока температура плавлення кварцу (1610 З при швидкому нагріванні, 1720 З при повільному), з одного боку, потребує спеціального технології виготовлення оптичного волокна, з другого — допомагає позбутися різних домішок, які випаровуються за більш низьких температурах. Скла, застосовувані для виготовлення световодов (серцевини і оптичної оболонки), різняться показниками заломлення n. У кварц (показник заломлення n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589 мкм) додається оксид бору (n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589 мкм), що знижує показник заломлення (див. мал.8). Отриманий матеріал може бути застосований оболонкою оптоволокна. Тривалий відпал (термічна обробка скла, що надає необхідні властивості) боросиликатного скла призводить до збільшення n. Скло використовується виготовлення сердечника. Інший спосіб понизити показник заломлення плавленого кварцу — додати до нього фтор. На відміну від метастабильного характеру зміни цей показник у чистого боросиликата, його у боросиликатного скла з добавкою фтору — внутрішнє властивість атомів фтору в матриці SiO2. Різниця показників заломлення чистого SiO2 і матеріалу з добавкою фтору збільшується лінійно на підвищення молярной концентрації фтору до кількох відсотків. Показник заломлення кварцу зменшується на 0,2% за зміни молярной концентрації фтору на 1%. При цьому оптичні властивості кварцу не погіршуються. Фторування кварцу дозволяє зменшити розсіювання Рэлея і мінімізувати хвильові втрати. Проте легування фтором збільшує можливість появи тріщин і зменшує міцність скла, крім того, робить кварц більш чутливим до дифузії водорода.

Все інші добавки до плавленому кварцові - такі, як GeO2 (див. мал.9), P2O5, TiO2, Al2O3, Sb2O3 призводить до збільшення показника заломлення по порівнянню із чистим кварцом без погіршення його оптичних властивостей. Молярные частки цих оксидів в кварці можуть змінюватися в тому межах від 1 до 15%. Показник заломлення поповнюється 0,001 зі збільшенням молярной частки GeO2 на 1%. При 20-відсотковою молярной концентрації двоокису германію показник заломлення поповнюється 1,5%.

Кварц з добавкою германію, що може бути використаний у ролі матеріалу серцевини оптоволокна, має широке вікно прозорості майже 1,7мкм (рис.5).

Более кращим як легирующего матеріалу (як більше дешевого) є фосфорний ангідрид Р2О5. При додаванні до плавленому кварцові Р2О5 для освіти бінарного скла внутрішнє поглинання матеріалу і рэлеевское розсіювання збільшуються дуже мало. Фосфорний ангідрид сублімується (переходить з твердого стану в газоподібне, минаючи рідке) за нормальної температури 300 З, гигроскопичен (здатний поглинати вологу з повітря) і має температурний коефіцієнт лінійного розширення майже 25 разів більше, ніж в плавленого кварцу. Але він утворює з кварцом стійке бінарну скло, теплове розширення якого можна з тепловим розширенням чистого кварцу при молярных концентраціях Р2О5 до 25%. Отримане скло не виявляє майже ніякої тенденції до ликвации — поділу однорідної рідкого розплаву на складові при остиганні. Вона також стійко до впливу води (не гигроскопично). Показник заломлення фосфоросиликатного скла збільшується лінійно (у будь-якому разі, для невеликих змістів оксиду фосфору) зі збільшенням концентрації Р2О5. Початковий приріст показника заломлення за зміни молярной концентрації Р2О5 на 1% становить 0,043%. В’язкість і температурний коефіцієнт лінійного розширення P2O5 і SiO2 різняться, і це обмежує кількість фосфорного ангідриду, що може бути введено в плавлений кварц виготовлення оптоволокна. При додаванні в масу кварцу 1% TiO2 показник заломлення збільшується на 0,026%. Подвійна стеклообразующая система з добавкою в плавленом кварці хороша тим, що титан може укладати матрицю скла з різними ступенями іонізації. Причому з них мають помітним поглинанням в спектральною області, що становить робочий інтервал оптоволокна. Добавка Ti3+ особливо сильний поглинач, і його важко окислити повністю. Необхідна спеціальна термічна обробка титану за наявності води та температурі нижчій за точки плавлення скла, що призводить до утворення двоокису титану, а водорода.

Для підвищення показника заломлення можна використовувати оксид алюмінію, втрати на розсіювання яка має нижче, ніж в двоокису германію. До того ж оксид алюмінію (Al2O3) дуже стійкий на противагу оксиду германію GeO2, котрі можуть утворювати леткі продукти GeO і GeCl4.

Оксид алюмінію дуже стабільний, тому висока ефективність уведення його в скло. При виготовленні заготівлі менш чутливі до впливу парциального тиску кисню і хлору, ніж скло з добавками GeO2. Скло, легированное Al2O3, володіє більш як низьким значенням в’язкості, що прискорює процеси затвердевания.

Легирование кварцевого скла оксидом сурми як дозволяє їм отримати більше зростання показника заломлення на 1 міль легирующей добавки по порівнянню з GeO2. У цьому також знижується можливість освіти кристалічною фази, навіть якщо відносний показник заломлення доі після введення Sb2O3 відрізняється понад 1,6%. Для GeO2 це значення не перевищує 1,5%.

Чистота вихідних речовин, що застосовуються виготовлення скла, в значною мірою визначає її високу якість за всі контрольованим параметрами. Що стосується оксидными скельцями, куди входить і кварцове, основні втрати пов’язані з поглинанням іонами перехідних металів (ванадію, заліза, хрому, міді, кобальту, нікелю, марганцю), і навіть гидроксильными группами.

Гидроксильные групи OH є основний домішкою в кварцових шибках, що призводить до значних збитків. Причина — реакція груп OH з воднем, які мають атмосфері. Особливо великих втрат виникають на довжині хвилі 0,95 і 1,4 мкм, тобто. поза видимого спектра. Слабкі смуги поглинання є довжинах хвиль 0,725 і 0,825 мкм. Зниження втрат надходжень у склі можна домогтися, зменшуючи зміст гідроксильних груп до кілька десятків міліграм на килограмм.

Влияние гідроксильних груп особливо помітно в кварцових шибках, легованих двоокисом германію, містять домішки алюмінію і натрію, що сягають в натуральному кварці 1015 частинок на мільйон, а синтетичному менш 3 частинок на мільйон. У кварцовому склі, легованому P2O5 і GeO2, присутність групи OH призводить до збільшення втрат пропорційно концентрації P2O5.

Тройные чи більше складні стеклообразующие системи такі, як натрийкальцийсиликатное і натрийборосиликатное скло, мають низькі температури плавлення: натрийкальцийсиликатное скло (Na2O, CaO, SiO2) 1400 °C; щелочносвинцовое скло (Na2O, PbO, SiO2) 1400 °C; натрийалюминийсиликатное скло (Al2O3, Na2O, SiO2) 1450 °C; натрийборосиликатное скло (Na2O, B2O3, SiO2) 1250 °C. Ці скла мають зустрічалися з більш високим показником заломлення і може бути модифіковані для отримання матеріалу з низьким показником заломлення (для оптичної оболонки). Показники заломлення натрийборосиликатного скла можна зменшити на 3%, натрийкальцийсиликатного на виборах 4%, щелочносвинцового силікатного на 10%. У цьому все модифікації узгоджуються між собою за іншими властивостями і може використовувати як матеріали для серцевини і оптичної оболонки волоконно — оптичних световодов.

Недолік низкоплавких багатокомпонентних шибок — велика ймовірність забруднення проти плавким кварцом. Це утрудняє їх очищення від домішок зниження показника поглинання і розсіювання. Через низьких температур при размягчении і плавленні можливо забруднення скла усім стадіях производства.

Для формування багатокомпонентних оптоволокон необхідно підібрати пару шибок для серцевини і оптичної оболонки, які відповідали б наступним требованиям:

1) Мінімальні диффузионные процеси за українсько-словацьким кордоном розділу пари шибок, які досягаються шляхом врівноважування їх складу у зв’язку зі і концентрації лужних оксидів. Це дозволить максимально зберегти вихідні значення показника заломлення кожного скла з пары.

2) Максимальна сумісність пари шибок, коли за українсько-словацьким кордоном їх розділу при витягуванні волокна і мінуси можливих наступних термообработках не виникають новоутворення, газові бульбашки і ликвация.

3) Низькотемпературне плавлення при 1250−1350 З высокочистой гомогенної шихти в тиглі з чистої кварцевого скла за мінімальної його розчиненні расплавом, особливо скла сердцевины.

Отже, здебільшого переважно застосовувати кварцові скла, оскільки вони мають ряд переваг. У цьому кремнезем як частину може бути отримана з дуже високою ступенем чистоти. Необхідні пари підбираються з експериментальних даних, умов експлуатації і кінцевої вартості изделия.

Якість очищення силікатного скла (SiO2), які у справжнє час у оптичних волокнах із малими втратами, наближається до принциповому межі, зумовленого властивостями самого скла. Цей успіх у результаті виявлення і усунення всіх згаданих чинників, зумовлюючих оптичні втрати. Концентрації таких включень, як мідь, залізо і ванадій, було знижено за кілька часткою на мільярд частинок. Концентрація забруднення водою і гидроксогруппой (ВІН) зменшено майже так само низького рівня. Допуски серцевини випущених зараз волокон на розміри і ступінь відхилення від кругового перерізу менше, ніж один мікрон на багато кілометри довжини. Бульбашки і дефекти поверхні сутнісно устранены.

Існують окисли, звані структурними модификаторами, які необхідні здобуття права змінювати основні властивості скла, такі, як показник заломлення, теплове розширення, коефіцієнт абсорбції (характеризує здатність деякого твердого речовини захоплювати інше речовина з розчину чи суміші газів; захоплення виробляється всього обсягу поглинача — абсорбента) і край плавлення. Деякі найбільш загальні типи шибок та його композиції представлені у таблице:

|Структурная форма |Структурний |Структурна форма |Структурний | | |модифікатор | |модифікатор | | |(легирующая | |(легирующая | | |добавка) | |добавка) | |SiO2 |K2O |Al2O3 |CaO | |B2O3 |MgO |Na2O3 |PbO |.

У наступній таблиці подано речовини, використовувані методів осадження, кінцеві продукти і співвідношень між показниками преломления:

|Композиция (вих. в-ва) |Структура (склад стекла)|Показатель заломлення | |SiCl4, O2 |SiO2 |No | |GeCl4, O2 |GeO2 |N>No | |POCl3, O2 |P2O5 |N>No | |BCl3,O2 |B2O3 |N.