Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

3. Методы получения заготовок кварцевых ОВ

3.1.3. Проплавление порошкообразных слоев

         Осевшие порошкообразные слои оксидов проплавляются горелкой, движущейся вдоль трубки. с образованием прозрачных стеклообразных слоев, свободных от пузырей. Скорость вязкого сплавления частиц определяется формулой:

                           (3.8),

где s - поверхностное натяжение, ts – время сплавления, h - вязкость стекла, l0 – размер первоначальных пустот, e0 – доля исходных пустот. Время сплавления определяется как ts = LH/Vt, где LH – длина горячей зоны и Vt – скорость перемещения горелки. Образование и осаждение больших агломератов частиц вызывает большие поры, которые в случае их заплавления могут вести к росту пузырей. Часто образование пузырей наблюдается в кварцевых стеклах, легированных GeO2. Это связано с тем, что при высоких температурах (³16000С) имеет место диссоциация GeO2:

GeO2, тв.  = GeOгаз. +  ½ O2                         (3.9)

с образованием газообразного монооксида германия, парциальное давление которого записывается как

PGeO = aGeO2´exp (-DG/RT)                        (3.10),

где aGeO2 - активность GeO2 в частицах SiO2*GeO2, DG – энергия активации диссоциации GeO2, R – универсальная газовая постоянная. Рост пузыря возможен в случае, если давление внутри пузыря (Pv) больше величины поверхностного натяжения (Ps), сжимающего пузырь, т.е.

 PV > Ps = 2s / rB                                         (3.11),

где s - поверхностное натяжение, а rB – критический радиус пузыря, выше которого он растет, а ниже которого – исчезает. Решая (3.11) и (3.10) относительно rB получим

rB > (2s / aGeO2) ´ eDG/RT                               (3.12).

Подставляя значения sSiO2 = 300 дин/см, aGeO2 =0,2, получим, что при увеличении температуры проплавления с 15000С до 20000С rB уменьшается с 5,4 мкм до 0,016 мкм. Надо отметить, что рост пузыря может наблюдаться и в процессе "сжатия трубки, когда температура нагрева трубки значительно возрастает по сравнению с температурой проплавления слоев.

         Второе неприятное явление, наблюдающееся во время проплавления слоев, - это испарение легирующего компонента из частиц, расположенных на поверхности порошкообразных слоев. В результате ПП по сечению остеклованного слоя будет различаться, а профиль ПП по сечению заготовки имеет часто вид "частокола", как это видно из рис. 3.7. При этом для более летучих компонентов (например, Р2О5) амплитуда изменения Δn больше.

Рис. 3.7. Профили показателя преломления в заготовках, легированных фосфором (а) и германием (б)



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.