Elementy techniki światłowodowej

ŚwiatłowodyElementy technikiświatłowodowejWytwarzanie
Szkła: naturalne lub syntetyczne:– kwarcowe czyste,– domieszkowane,– ze szkieł wieloskładnikowych,– ze szkieł organicznych,Podstawowe  szkła nieorganiczne:1) tlenkowe: krzemionkowe i
wieloskładnikowe  SiO2, B2O3, GeO2,2) nietlenkowe, np.: fluorkowe  ZrF
,
4, BaF2, LaF3
 halogenowe  KCl, TlBrI.– szkło typu ZBLAN ( ZrF ,
,
,
4BaF2 LaF3 AlF3
i NaF w proporcji 53 : 20 : 4 : 3 : 20.Właściwości:– można silnie domieszkować,
1Światłowody– stabilne,– odporne termicznie i mechanicznie,– mała absorpcja w zakresie 0.2  7m,– niska energia fononów– szkła halogenoweSzkła tlenkowe:– najlepsze właściwości optyczne i
mechanicznymi,– wysoka temperatura topnienia (2000oC),– mały współczynnik załamania kwarcu;Domieszki:a) płaszcz: np.: SiO2  B2O3, SiO2  F2b) rdzeń: np.: GeO
,
2, P2O5Al2O3
Piec
elektryczny
Roztopiony
materiał rdzenia
Roztopiony
materiał płaszcza
2Światłowody
Metoda wielotyglowa produkcji światłowodówMetody produkcji:
– wielotyglowa,– preformowa
Metoda preformowaPodstawowe materiały:– chlorki SiCl ,
,
,
i
4GeCl4, POCl4 CCl4 SOCl2BCl ,
4
– także SiF ,
,
.
4SF6 BBr3
Reakcje chemiczne, by otrzymać:
a) szkła rdzeniaSiCl4  O2  SiO2  2Cl2,GeCl4  O2  GeO2  2Cl2,
4POCl3  3O2  2P2O5  6Cl2,
b) szkła płaszczaSiCl4  O2  SiO2  2Cl2,
4BCl3  3O2  2B2O3  6Cl2.Metody utleniania par chlorków:1) osadzanie warstw na wewnętrznej
powierzchni rury kwarcowej,2) osadzanie warstw szkła na zewnętrznej
3Światłowodypowierzchni pręta metalowego,
ceramicznego lub grafitowego,3) osadzanie objętościowe szkła na jego
zarodkach.
Rura kwarcowa
Chlorki
O2
Warstwa
szkła
Palnik
Metoda MCVD otrzymywania preform
Plazma
Chlorki
O2
Reaktor
mikrofalowy
Piec
Metoda PCVD
Cewka wielkiej
Rura kwarcowa
częstotliwościPlazma
Chlorki
O2
Warstwa
szkła
Palnik
4Światłowody
Metoda PMCVD
Masa szklista
Pręt grafitowy
Chlorki
Palnik
    O2
Metoda OVD
Mechanizm
do wyciągania
He + Cl2
Piec
grafitowy
Wylot
gazów
Palnik
Chlorki
O 2
Metoda VAD
5ŚwiatłowodyWyciąganie świałowodów
Sruba
napędowa
Preforma
Piec
elektryczny
Światłowód
Prowadnice
Bęben
Schemat urządzenia do wyciąganie światłowodów z
preform
(na rysunku skala nie jest zachowana)
1. Topienie preformy za pomocą palników
tlenowych, laserów CO , pieców oporowych
2
i indukcyjnych.2. Wyciągania watmosferze argonu.3. Kontrola grubości włókna.4. Pokrywanie włókna folią polimerową lub
lakierem utwardzanym światłem UV.
Pierwsza warstwa ochronna – z miękkiego
lakieru, co daje pewną swobodę w
układaniu się włókna minimalizującą
6Światłowodynaprężenia. Następna warstwa lakieru

(…)

… i jego apertura
(rozbieżność) są większe niż powierzchnia
rdzenia i jego NA wydajność sprzężenia nie
może być poprawiona przez układ optyczny.
2) Jeśli powierzchnia źródła jest mniejsza
niż powierzchnia rdzenia, ale apertura
numeryczna źródła jest większa niż rdzenia,
wtedy sprzężenie można poprawić przez
optyczny układ powiększający.
3) Przy mniejszej aperturze numerycznej i
powierzchni źródła niż rdzenia możliwe jest
uzyskanie sprzężenia 100% przez
bezpośrednie połączenie.
4) Jeśli źródło ma większą powierzchnię niż
rdzeń, ale mniejszą aperturę, to
pomniejszający układ optyczny znacznie
poprawi efektywność sprzężenia.
5) Szczególna ostrożność jest wymagana
przy sprzężeniu światłowodów
gradientowych, w których NA  0 w pobliżu
płaszcza.
22
Światłowody
Sprzęganie boczne
Za pomocą siatki i pryzmatu
x
Natężenie
Θ
pola…
… powierzchni rdzenia
wzbudzonego falowodu przez obiektyw
mikroskopowy i pomiarze zebranego
światła. Numeryczna apertura zmienia się z
promieniem, zmienia się też zdolność
wprowadzania światła do włókna. Dla
włókien gradientowych definiuje się lokalną
aperturę numeryczną (n 0  1)
NA  sin  c r  
nr  2  n 2 .
2
Można pokazać, że
n r  2  n 2
2
P r   P 0 
,
2
2
n0   n 2
gdzie: Pr – natężenie…
… oświetla się za pomocą
źródła, którego apertura kilkakrotnie (2  3
) przewyższa aperturę numeryczną
światłowodu.
n2
θ
θ
,
n1
nL
Przesłona
Ekran
Bieg promienia w metodzie pomiaru współczynnika
załamania
(za [35])
Moc zbierana za przesłoną
P    A sin 2    sin 2  S .
Moc światła przechodzącego tylko przez
11
Światłowody
ciecz
P 0  A sin 2   sin 2  S
i stąd
P     P 0
sin 2   sin 2…
… optycznych cyrkulatorów
Wytwarzanie
światłowodowych siatek
Bragga
Rola Ge w szkliwie kwarcowym
1. Technika jednowiązkowa
2. Holograficznej metodzie dwuwiązkowej
   las ,
2 sin 
gdzie: 2 jest kątem między wiązkami.
3.Metoda maski fazowej
36
Światłowody
Literatura
1.
B. Ziętek, Optoelektronika, Wydawnictwo UMK,
Toruń 2004.
2.
J. Advantovic, D. Uttamchandini, Principles of
modern optical system, Artech…
... zobacz całą notatkę