Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

6. Специальные ОВ

6.1.2.1. АОВ с эллиптической сердцевиной

В этих ОВ имеет место разность геометрического пути распространения двух ортогонально поляризационных мод, а именно - путь, проходимый поляризационной модой вдоль малой оси эллипса (соответственно время распространения этой моды) меньше чем вдоль большой оси. Поэтому малая ось часто называется «быстрой», а большая ось – «медленной». Разность постоянных распространения поляризационных мод (∆β) приближенно выражается следующими уравнениями:

∆β ≈ 0,2×k0×(a/b -1)×(∆n2)   при (a/b -1) «1                                    (6.4)

∆β ≈ 0,25×k0×(∆n2)                  при (a/b -1) <6                                (6.5)

где k0=2π/λ, ∆n- разность ПП материалов сердцевины и оболочки,  a и b - величины полуосей эллиптической сердцевины.

На рис. 6.4а показано поперечное сечение такого ОВ, в на рис. 6.4б приведена зависимость величины ДЛП от отношения главных осей эллипса. Видно, что при a/b> 3¸4 ДЛП меняется мало. Установлено, что в реальном АОВ данного типа помимо ДЛП, связанного с геометрической анизотропией сердцевины (Вс), существует ДЛП (ВS), обусловленное термоупругими напряжениями, которые возникают из-за разности составов материалов оболочки и сердцевины, в частности от концентрации GeO2 в сердцевине.. При увеличении относительной разности ПП (∆) до 4,3 % длину поляризационных биений удалось уменьшить до 0,75 мм.

Рис. 6.4. Форма ОВ с эллиптичной сердцевиной (а) и зависимость ДЛП от отношения осей в эллиптичной сердцевине (б).

1 – сердцевина, 2 – светоотражающая оболочка, 3 – технологическая оболочка

Наиболее распространенными методами получения заготовок АОВ с эллиптической сердцевиной являются метод сжатия трубки в штабик-заготовку при пониженном давлении (рис. 6.5) и метод шлифовки исходной круглой заготовки с двух противоположных сторон. При последующем зонном нагреве шлифованная заготовка, имеющая снятые «лыски» или прорезанные канавки, приобретает снаружи опять круглую форму, но при этом происходит внутренняя деформация сердцевины в виде эллипса.

Рис. 6.5. Схема установки для «схлопывания» трубки при пониженном давлении («под  разряжением»): 1 - опорная трубка, 2- слой осажденного стекла, 3 – вентиль, регулирующий вакуум, 4 – вакуумная камера, 5 – U-образный манометр, 6 – горелка

В первом случае внутри трубки с осажденным слоем SiO2-GeO2, формирующим сердцевину, создается пониженное давление за счет присоединения выходного конца трубки к вакуумному насосу. Величина давления регулируется с помощью вакуумного вентиля. На рис. 6.6 приведена зависимость эллиптичности сердцевины, которая определяется как

                                            (6.6),

где a и b – большая и малая полуоси эллипса, от величины разряжения при "сжатии" труб с различной геометрией. Видно, что эллиптичность растет с увеличением разряжения (т.е. с уменьшением давления) и с уменьшением толщины стенки трубки. Концентрация GeO2  составляла ~15% масс () и вызвана сильной зависимостью ДЛП от n (разности ПП сердцевины и оболочки), которая, в свою очередь, определяется концентрацией легирующего компонента.

Метод шлифовки более прост, легче управляем и эллиптичность сердцевины растет с увеличением глубины шлифовки, тем не менее довольно сложно обеспечить стабильную форму сердцевины. Параметры АОВ диаметром 125 и/или 80 мкм, вытянутых из заготовок, полученных данным методом, и покрытых pfobnyjq эпоксиакрилатной оболочкой толщиной ~ 40 мкм, составляли: потери 4,5…5,0 дБ/км на λ = 0,85 и 2,5…4 дБ/км на λ = 1,55 мкм, степень поляризации 95-96%, длина биения 3-7 мм, n » (10…20)´10-3.

Рис. 6.6. Зависимость эллиптичности германосиликатной сердцевины

GeO2 ~ 15 мол. %) от величины разряжения для труб с различной геометрией: d нар.=13,5 мм и  hстенки = 2,6 мм, 2 - d нар.=12,8 мм и  hстенки =2,8 мм, 3- d нар.=11,0 мм и hстенки =3,9 мм

Несмотря на перечисленные свойства и простоту технологии, данные световоды имеют существенные недостатки: потери в этих волокнах существенно выше, чем в АОВ с круглой сердцевиной; некруглая сердцевина усложняет стыковку данных АОВ с обычными телекоммуникационными ОВ и АОВ с эллиптической сердцевиной имеют неоднородные напряжения с большими тангенциальными компонентами, поэтому собственное состояние поляризации в них эллиптическое и, следовательно, они бесперспективны для передачи линейно-поляризованного света.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.