Постановка задачи Показатель преломления и его профиль
Из курса элементарной физики известно, что сердцевина и оболочка волоконного световода должны иметь различные, но близкие показатели преломления, причем для удержания света в волокне показатель преломления сердцевины должен превышать показатель оболочки.
Профиль
показателя преломления можно задать
только на этапе производства заготовки.
Поскольку основным материалом для
изготовления оптического волокна
является чистый синтетический кварц
(далее в данной статье кварц), то для
изменения показателя преломления в
кварц вводятся добавки. Показатель
преломления кварца –
(1550
нм) = 1.4440237.
Добавки позволяют изменять его как в
большую, так и в меньшую сторону.
Для
удобства описания будем считать
и
показателем преломления сердцевины и
оболочки соответственно. Введем функцию
разности
,
определяемую как:
где – максимальное значение показателя преломления в сердцевине волокна.
Показатель
преломления изменяется в большую
сторону с помощью добавки германия
или фосфора
в виде оксидов
и
соответственно, а в меньшую сторону с
помощью добавки бора
в виде оксида
или фосфора
.
Таким образом, перечень химических реакций для производства заготовок оптического волокна ограничен.
Для различных материалов можно рассчитать функцию разности
Материал сердцевины |
Материал оболочки |
|
+ |
|
3,5% |
|
|
1,2% |
|
|
0,5% |
|
+ |
0,7% |
+
+
Современное производство оптических волокон обычно разбивают на несколько этапов. Способы различаются, как правило, только на первом этапе, так называемом процессе производства заготовки (преформы), из которой в дальнейшем методом вытяжки производится непосредственно само волокно.
Чистота и затухание
Для
получения типичных характеристик
оптических волокон необходимо обеспечить
чистоту материала не более 1 частицы
на миллиард для йонов металла и десяти
йонов гидрооксильной группы
.
Практика показывает, что именно
недостаточная чистота производства
была основным препятствием для
широкомасштабного внедрения ОВ как
среды передачи информации в 70-е годы.
Для получения материала необходимой чистоты используют метод химического парофазного осаждения, который отличается высокой экономичностью и относительно прост в реализации. Чистота заготовки достигается при помощи так называемого парового давления.
Существующие сегодня технологии позволяют изготавливать оптические волокна с минимальным затуханием вплоть до 0,18 дБ/км в диапазоне 1550 нм, что близко к теоретическим показателям для кварца. Поэтому современные исследования по снижению потерь в волокне сместились в область разработок в среднюю (2-5 мкм) и дальнюю (8-12 мкм) инфракрасную область (волокно, оптические приемники и излучатели). Так, например, были получены результаты в 0,01 дБ/км на длине волны 2,55 мкм в фосфорных стеклах.