×
16.01.2019
219.016.afc3

Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к волоконной оптике, а именно к технологии изготовления протяженных светоизлучающих волоконных световодов. Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла содержит сердцевину с расположенными внутри нее рассеивающими центрами и отражающую оболочку, а также светорассеивающий полимерный наружный слой, находящийся в прямом контакте с отражающей оболочкой и изготовленный с возможностью перехвата рассеянного света, выходящего из сердцевины под малыми углами, в котором стеклообразные материалы изготовлены модифицированным методом химического парофазного осаждения из особо чистых материалов. При этом сердцевина легирована диоксидом германия в количестве не менее 10 мол.%, полимерный наружный слой имеет ПП, больший, чем у стекла отражающей оболочки, и обладает оптической неоднородностью, вызывающей рассеяние света, а коэффициент оптических потерь сердцевины на рассеяние (α) увеличивается по длине волокна ВС (х) в соответствии с формулой , где α - величина коэффициента рассеяния на начальном отрезке ВС. Технический результат - повышение интенсивности и равномерности свечения светоизлучающих волоконных световодов, а также увеличение их длины до сотни метров с целью их использования в качестве протяженных световых индикаторов. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности, к технологии изготовления протяженных светоизлучающих волоконных световодов (далее - ВС) для пожаробезопасной и электроизолированной индикации контуров объектов, расположенных в темном пространстве. К числу таких объектов относятся подземные и подводные шахты, а также туннели, коридоры, лестницы, самолеты, корабли и другие объекты.

Известны аналоги заявляемому техническому решению по конструкции светоизлучающих ВС (заявки на изобретения US 2011122646 (A1) и WO 2014121172 (A2)), содержащих сердцевину на основе кварцевого стекла, оболочку и множество рассеивающих центров, расположенных внутри сердцевины или на границе оболочки и сердцевины.

Недостатком этих ВС является повышенный уровень оптических потерь на рассеяние (от 50 до 6000 дБ/км), высокая интенсивность свечения и малая длина, не превышающая нескольких метров. Поэтому такие ВС могут служить только малогабаритными источниками света. Для протяженных, длиной в сотни метров, светоизлучающих указателей данные конструкции ВС не приемлемы.

Указанными выше недостатками не обладает ВС, изготовленный в соответствии с заявкой на изобретение WO 2004023181 (A1). Этот патент принят за прототип заявляемого изобретения, так как по технической сущности является наиболее близким к заявляемому техническому решению.

В отличие от упомянутых аналогов, содержащих сердцевину и отражающую оболочку на основе кварцевого стекла, а также рассеивающие центры, расположенные внутри сердцевины, в прототипе ВС изготовлены с дополнительным наружным светорассеивающим полимерным слоем,

находящимся в прямом контакте с оболочкой и с возможностью перехвата рассеянного света, выходящего из сердцевины под малыми углами.

Интенсивность свечения таких ВС из-за малоуглового рассеяния излучения из сердцевины существенно слабее, чем у аналогов, однако достаточна для визуального наблюдения светящегося протяженного (длиной более 100 метров) волокна в темном пространстве.

Решаемые предлагаемым изобретением технические проблемы, в том числе являющиеся недостатками прототипа, заключаются в следующем:

- интенсивность свечения по длине волокна снижается, что в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера обусловлено экспоненциальным характером ослабления мощности проходящего по волокну излучения при постоянной величине коэффициента оптических потерь;

- длина ВС ограничена из-за повышенного уровня поглощения света сердцевиной, высокий уровень чистоты которой сложно обеспечить при введении в нее инородных светорассеивающих частиц.

Достигаемый технический результат - обеспечение равномерности и повышение интенсивности свечения на протяжении всей длины ВС. Это достигается за счет изготовления ВС из особо чистых стеклообразных материалов с оптическими потерями на поглощение излучения намного меньшими, чем на его рассеяние, и увеличения коэффициента оптических потерь на рассеяние излучения по длине ВС без введения инородных рассеивающих частиц.

Поставленная задача решается в новой конструкции светоизлучающего ВС, содержащего на основе кварцевого стекла сердцевину, с расположенными внутри нее рассеивающими центрами, и отражающую оболочку, а также светорассеивающий полимерный наружный слой, находящийся в прямом контакте с отражающей оболочкой и изготовленный с возможностью перехвата рассеянного света, выходящего из сердцевины под малыми углами. В отличие от прототипа стеклообразные материалы ВС изготовлены модифицированным методом химического парофазного осаждения (далее - MCVD) из особо чистых материалов [Dukel'skii, K.V. MCVD technology for single-mode low-damping fiber lightguides stable against microbends / K.V Dukel'skii, M.A. Eronyan, A.V. Komarov, Yu.N. Kondrat'ev, L.G. Levit, E.I. Romashova, M.M. Serkov, A.V. Khokhlov, V.S. Shevandin // Journal of Optical Technology. - 2002. - Vol. 69. - Issue 11. - pp. 849], при этом сердцевина легирована диоксидом германия (далее - GeO2) в количестве не менее 10 мол. %, полимерный наружный слой имеет показатель преломления (далее - ПП) больший, чем у стекла отражающей оболочки, и обладает оптической неоднородностью, а коэффициент оптических потерь сердцевины на рассеяние (α) увеличивается по длине ВС (х) в соответствии с формулой, подтвержденной экспериментальными исследованиями:

где α0 - величина коэффициента рассеяния на начальном отрезке ВС.

Изготовление кварцевых ВС MCVD методом решает две задачи:

1. Высокая чистота материалов практически полностью исключает оптические потери излучения на поглощение света по сравнению с оптическими потерями на его рассеяние, обеспечивая тем самым повышение интенсивности свечения волокна.

2. При увеличении температуры вытягивания германо силикатных ВС увеличивается коэффициент оптических потерь на малоугловое рассеяние, что позволяет обеспечить равномерное свечение ВС, несмотря на снижение мощности распространяемого по ВС излучения (фиг. 1).

На фиг. 1 представлены расчетные зависимости изменения интенсивности свечения волокна W(x) (кривые 1, 2) и мощности излучения Р(х) (кривые 3, 4), проходящего по ВС, от его длины (х): пунктирные линии (2 и 3) для ВС, вытянутого при постоянной температуре (α=α0=const); сплошные линии (1 и 4) для ВС, вытянутого при изменении температуры [α=α0/(1-х*α0)], где α0 принято равным 0.0023 м-1.

Наружный полимерный слой волокна, состоящий, например, из эпоксиакрилатной композиции, отверждаемой ультрафиолетовым излучением, решает также две задачи, направленные на повышение интенсивности свечения волокна:

1. Повышенный по сравнению с отражающей оболочкой ПП полимерного слоя обеспечивает перехват света, выходящего из сердечника.

2. Для структуры такого полимера свойственны оптические неоднородности с размером, превышающим длину волны распространяемого по ВС излучения. Именно такие неоднородности являются центрами рассеяния, определяющими светоизлучающие свойства волокна.

Изобретение реализовано следующим образом:

Пример №1.

Заготовка для вытягивания ВС изготовлена MCVD методом. Осаждение стеклообразных слоев оболочки и сердцевины произведено внутри трубки из кварцевого стекла марки F-300 с наружным диаметром 22 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 1 м. Радиальный профиль ПП в заготовке с наружным диаметром 12,2 мм измеряем на рефрактометре марки Р-101. Отражающая оболочка содержит около 1.5 мол. % оксида фосфора и малые добавки фтора для получения ПП, близкого к ПП кварцевого стекла опорной трубки. Легирование сердцевины GeO2 обеспечивает увеличение ПП на 0,013 по сравнению с отражающей оболочкой, что соответствует содержанию GeO2 в сердцевине около 10 мол. %.

Из заготовки вытягивают 500 м ВС диаметром 125 мкм с эпоксиакрилатным покрытием толщиной около 50 мкм, отверждаемым ультрафиолетовым излучением. Длина волны отсечки высшей моды для ВС ≈1.3 мкм. В спектральной области видимого излучения такие ВС являются маломодовыми.

Для достижения постоянства интенсивности свечения по длине волокна (х) изменяют коэффициент оптических потерь на рассеяние [α=α0/(1-x*α0)], увеличивая температуру вытягивания с 2025 до 2200°С в соответствии с формулой:

,

где А и В - коэффициенты, зависящие от содержании GeO2 в сердцевине,

t0 - температура вытягивания волокна, не приводящая к избыточным оптическим потерям на рассеяние (≈1900°С).

На основании специальных экспериментальных данных для ВС, легированного 10 мол. % диоксида германия, определены коэффициенты А и В, равные, соответственно, 1,61⋅10-3 м-1 и 4,605⋅10-8 м-1 град-2. На начальном участке 500 метрового ВС α0 равно 0.0023 м-1, что соответствует затуханию в 10 дБ/км.

В качестве излучателя света с длиной волны 650 нм используется локатор дефектов оптического волокна VFL650 с мощностью Р0=10 мВт. Такой ВС, намотанный на катушку диаметром 160 мм, равномерно светится на длине 400 метров. Интенсивность свечения ВС, равная 23 мкВт/м, достаточна для визуального наблюдения в отсутствии посторонних источников света. На участках с удаленным полимерным слоем ВС не светится.

Пример №2.

Заготовка светоизлучающего ВС изготовлена по аналогии с примером №1, в отличие от которого ВС вытягивают при увеличении температуры с 1900 до 2100°С.

При аналогичной с примером №1 введения излучения в ВС длиной 500 метров, намотанного на катушку диаметром 160 мм, наблюдается равномерное свечение по всей длине ВС, однако интенсивность излучения слабее, чем в первом примере. На начальном участке ВС коэффициент оптических потерь составляет 0.0016 м-1, что соответствует затуханию в 7 дБ/км.

Пример №3.

Заготовка светоизлучающего ВС изготовлена по аналогии с примерами №1 и №2, в отличие от которых ВС вытягивали при постоянной температуре 2025°С.

По аналогии с вышеприведенными примерами при введении излучения в ВС длиной 500 метров, намотанного на катушку диаметром 160 мм, излучение наблюдалось на начальном участке длиной не более 100 метров и имело затухающий характер, что подтверждает необходимость вытяжки ВС при увеличении температуры в соответствии с примерами №1 и №2.

Изложенные в примерах №1 и №2 экспериментальные результаты подтверждают очевидную промышленную применимость заявленной в изобретении конструкции светоизлучающих ВС, определяющих перспективу их использования в качестве протяженных световых индикаторов.


Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла
Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла
Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла
Светоизлучающий волоконный световод на основе кварцевого стекла
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 87 items.
27.06.2015
№216.013.5a2b

Способ измерения физической неэлектрической величины

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554624
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a2f

Способ выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554628
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a32

Стенд для выработки угловых колебаний в двух плоскостях

Предложенное изобретение используется для оценки динамических погрешностей микромеханических и других малогабаритных инерциальных систем. Заявленный стенд предназначен для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554631
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e5e

Устройство для напыления тонкопленочных покрытий на сферические роторы электростатического гироскопа

Изобретение относится к устройствам для напыления покрытий на сферические роторы электростатических гироскопов и может быть использовано в точном приборостроении. Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой размещены источник распыления и механизм вращения ротора в виде двух рамок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555699
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6863

Способ обнаружения и сопровождения целей циклически работающей системой наблюдения, состоящей из нескольких разнородных приемных каналов

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558276
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.08.2015
№216.013.72fc

Микромеханический вибрационный гироскоп

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы. Микромеханический вибрационный гироскоп содержит основание, инерционный диск, имеющий одинаковую толщину и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561006
Дата охранного документа: 20.08.2015
10.12.2015
№216.013.96cb

Способ определения погрешностей двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора. Технический результат - повышение точности. Для этого в известном способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570223
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.03.2016
№216.014.ca96

Способ бесплатформенной инерциальной навигации на микромеханических чувствительных элементах

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к способам бесплатформенной инерционной навигации малогабаритных движущихся объектов. Способ бесплатформенной инерциальной навигации заключается в том, что на борту подвижного объекта устанавливают микромеханические гироскопы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577567
Дата охранного документа: 20.03.2016
10.06.2016
№216.015.4665

Способ изготовления ротора электростатического гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586396
Дата охранного документа: 10.06.2016
20.08.2016
№216.015.4bcf

Двухстепенной поплавковый гироскоп

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Двухстепенной поплавковый гироскоп содержит корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594628
Дата охранного документа: 20.08.2016
Showing 1-10 of 19 items.
20.03.2013
№216.012.2f92

Способ химического травления труб из кварцевого стекла

Способ химического травления труб из кварцевого стекла относится к волоконной оптике, в частности к технологии производства волоконных световодов модифицированным методом химического парофазного осаждения. Изобретение решает задачу по снижению величины окружной разнотолщинности опорных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477713
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.04.2013
№216.012.3676

Способ изготовления труб из кварцевого стекла

Способ изготовления труб из кварцевого стекла относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления точноразмерных труб из кварцевого стекла, необходимых для производства волоконных световодов, используемых в линиях связи, волоконно-оптических датчиках и лазерной технике....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479495
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.04.2014
№216.012.b0fc

Способ изготовления анизотропных одномодовых волоконных световодов

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано для изготовления анизотропных одномодовых волоконных световодов. Согласно способу получают цилиндрическую заготовку MCVD методом, которая содержит сердцевину, низковязкую напрягающую оболочку и конструктивную оболочку. С...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511023
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.03.2016
№216.014.bf13

Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления высокоапертурных одномодовых волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной. Технический результат изобретения заключается в снижении оптических потерь световодов. MCVD способ изготовления заготовок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576686
Дата охранного документа: 10.03.2016
12.01.2017
№217.015.635d

Волоконно-оптический гироскоп

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах интерферометрического типа. Технический результат заключается в компенсации оптических шумов источника излучения, а также уменьшении дрейфа сигнала ВОГ за счет уменьшения амплитуды волн...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589450
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.679d

Способ калибровки труб из кварцевого стекла

Изобретение относится к MCVD технологии изготовления заготовок для получения волоконных световодов. Технический результат изобретения заключается в снижении разнотолщинности труб. Способ калибровки кварцевых труб включает односторонний нагрев кварцевой трубы перемещающимся средством пламенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591856
Дата охранного документа: 20.07.2016
29.12.2017
№217.015.f823

Mcvd способ изготовления одномодовых световодов с сердцевиной из чистого кварцевого стекла

Изобретение относится к модифицированному методу химического парофазного осаждения для изготовления световодов с малыми оптическими потерями. MCVD способ изготовления одномодовых волоконных световодов с сердцевиной из чистого стекла и легированной фтором оболочкой заключается в продувке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639560
Дата охранного документа: 21.12.2017
10.05.2018
№218.016.4500

Способ изготовления заготовки для вытягивания кварцевых волоконных световодов

Изобретение относится к способам изготовления заготовок для вытяжки кварцевых световодов. Техническим результатом является повышение прочности длинномерных отрезков кварцевых световодов. Способ изготовления заготовки для вытягивания кварцевых волоконных световодов, включающий процесс осаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649989
Дата охранного документа: 06.04.2018
14.06.2018
№218.016.61e2

Способ изготовления фоторефрактивых световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления кварцевых волоконных световодов с сердцевиной из фоторефрактивного стекла для изготовления волоконных брегговских решеток (ВБР). В способе изготовления фоторефрактивных световодов MCVD для повышения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657323
Дата охранного документа: 13.06.2018
04.10.2018
№218.016.8e74

Mcvd способ изготовления световодов с сердцевиной из кварцевого стекла, легированного азотом

Изобретение относится к модифицированному методу химического парофазного осаждения для изготовления радиационно-стойких волоконных световодов с фторсиликатной оболочкой и сердцевиной из кварцевого стекла, легированного азотом. Исходную парогазовую смесь, содержащую N, О и пары SiCl, вводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668677
Дата охранного документа: 02.10.2018
+ добавить свой РИД