Оптическое волокно, обеспечивающее поворот плоскости поляризации, и способ его изготовления

 

Использование: как передающее средство для волоконно-оптических систем передачи информации. Сущность изобретения: оптическое волокно содержит сердцевину круглой формы, оболочку. В результате ориентации внутренней структуры материала (молекул и микрокристаллов) вращающимся электрическим полем сердечник обладает анизотропией оптических свойств. Цель изобретения - уменьшение технологических трудностей при изготовлении , исключение потерь и механических напряжений в волокне, вызванных деформацией поперечного сечения. 2 с. и 2 з.п,ф-лы, 5 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я2„„1812541 А1 (я) 6 02В 6/18. С 03 В 37/025

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4841284/10 (22) 02.04.90 (46) 30.04.93. Бюл, № 16 (71) Одесский электротехнический институт (57) Использование: как передающее средсвязи им, А.С.Попова ство для волоконно-оптических систем пе(72) Т,В,Макаров и А,Е.Зазулин редачи информации, Сущность (56) Патент США №4726652, кл. G02 В 6/16, 1988. изобретения: оптическое волокно содержит

Заявка Японии сердцевину круглой формы, оболочку. В pe¹63-6841, кл.G 02 В 6/16, С 03 В 37/012, 1989 зультате ориентации внутренней структуры

Патент США . материала (молекул и микрокристаллов)

¹4557742, кл. СОЗ В 37/025,1985. вращающимся электрическим полем серМидвинтер Дж,Э. Волоконные светово- дечник обладает анизотропией оптических ды для передачи информации, M., РиС, свойств. Цель изобретения — уменьшение

1983, с,104-107. технологических трудностей при изготовлеФельц А. Аморфные и стеклообразные нии, исключение потерь и механических натвердые тела. M.: Мир, 1986, с,68 — 71.. пряжений в волокне, вызванных (54) ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, ОБЕСПЕЧИ- деформацией поперечного сечения. 2 с, и 2

ВАЮЩЕЕ ПОВОРОТ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯ- з,п,ф-лы, 5 ил.

РИЗАЦИИ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Предлагаемый способ изготовле ия оптического волокна поясняется схемой, . редставленной на фиг. 2

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи, а более конкретно к оптическим волокнам, поддерживающим поляризацию, и способам их изготовления.

Изобретение может применяться как передающее средство для волоконно-оптических систем передачи информации..

Целью изобретения является оптическое волокно, обеспечивающее поворот плоскости поляризации и не имеющее дополнительных потерь из-за нарушения эллиптичности поперечного сечения и дополнительных механических напряжений иэ-за эллиптической формы поперечного сечения элементов волокна, и способ его изготовления, исключающий технологические трудности кручения волокна, На фиг,.1 изображен общий вид предложенного оптического волокна. Оно содержит сердцевину 1 круглой формы сечения и оболочку 2. В результате ориентации внутренней структуры материала (молекул и микрокристаллов) вращающимся электри- 00 ческим полем сердечник обладает анизотропией оптических свойств, Главная оптическая ось 3 анизотропного сердечника (Л

Г .поворачивается вокруг оси волокна. При д„ одновременном движении волокна (при et.o вытяжке) точка 4 пересечения главной оптической оси с поверхностью волокна описывает винтовую линию 5 с шагом ЬР. Это а приводит к повороту плоскости поляризации распространяющихся по волокну оптических волн на 2 л/Lpp. рад/м.

1812541

В рабочий блок 6 закрепляется однородная заготовка 7 (максимальная длина—

1500 мм. диаметр — до 30 мм). Другой конец заготовки загружается в печь 8 с нагревательным элементом 9; Центрирование заготовки относительно нагревательного элемента

lH ее подача автоматические, Нагревательный элемент трубчатый, графитовый или, циркониевый. Для создания незначительной зоны с высокой температурой нагрева тельный элемент имеет местное утоньшение стенки. Для защиты места расплава 10 от растворения (попадания) примесей в печь под небольшим давлением подается аргон 11. Полученное волокно сквозь диафрагму 12 в корпусе печи попадает в фильеру 13, наносящую полимерное защитное покрытие 14. Далее покрытое волокно наматывается на приемный барабан

15.

В предлагаемом йзобретении вращающееся электрическое поле создается системой m пар неподвижных электродов. При этом m R 2. На каждую пару подается одинаковое по частоте и амплитуде переменное напряжение, но сдвинутое по фазе на л/m рад относительно напряжения соседних . пар. Электроды расположены на одинаковом расстоянии от оси волокна, параллельно волокну и равномерно. Напряжение относительно нагревательного элемента, подаваемое ж /m от начала отсчета элект.род по направлению вращения поля, сдвинуто по фазе на(п-1) и/m рад относительно напряжения, подаваемого на первый электрод, и равно по амплитуде. Поэтому система m источников переменного напряжения рассматривается как источник 2m-фазного переменного напряжения.

Один из вариантов конструкции и расположения электродов приведен на фиг. 25. Четыре электрода 16 изготовлены из того же материала, что и нагреватель, — графита или циркония, представляют собой четыре части продольно разрезанного цилиндра, в верхней части которого предварительно высверлено на конус отверстие так, чтобы его внутренние образующие были параллельны образующим оплавляемой в печи заготовки.

Изолированные друг от друга электроды, конструктивно собранные в цангу, вводятся в печь через диафрагму 12 и разводятся к стенке нагревателя. После прогрева заготовки обычной one àöìåé — затравкой вытягивается расплав из печи, отлаживается скорость вытяжки волокна. Одновременно с этим электроды подводятся к "луковице", и к ним подключается напряжение. Величина напряжения ограничивается сверху пробив45

50 пературу, что и окружающая их среда.

Поэтому параметры режима и остальные характеристики вытяжки остаются теми же и определяются независимо от предлагаемого изобретения. Приемы и операции, осуществляемые при подготовке и в процессе вытяжки, а также применяемые при этом приспособления и вещества определяются типом конкретной установки и не зависят от предлагаемого изобретения.

Стеклообразные материалы при застыванми из жидкого состояния обладают свойством образовывать центры кристаллизации, однако рост кристаллов у них ограничивается размерами порядка ным напряжением аргона 0B - 1,30>, где: UB— пробивное напряжение воздуха, равное 32 кВ/см. Конкретные размеры электродов 16 по длине определяются протяженностью

5 температурной зоны в рабочем пространстве печи 8, напряженностью поля и временем релаксации молекул.

В процессе вытяжки волокна стекло в

"луковице" 10 находится в пластическом со10 стоянии, С ростом температуры вязкость уменьшается. При этом с одной стороны повышается восприимчивость стекла к упорядочивающему эффекту за счет приложенного поля 18. а с другой стороны

15 увеличивается проводимость стекла, снижающая этот упорядочивающий эффект. Установлено, что с ростом температуры раэупорядочивающий эффект за счет повышения проводимости стекла проявляется в

20 меньшей степени, чем упорядочивающий эффект поля при снижении вязкости. Таким образом, верхние концы электродов 16 должны примерно достигать зоны максимальной температуры, находящейся примерно в середине зоны утоньшения стенок нагревателя 9. Длина нагревателя равна 90 мм. floперечные размеры электродов определяются механической прочностью с одной стороны и ограничиваются внутренним диаметром нагревателя, равного 20 мм, и пробивным напряжением аргона в зазоре между электродами с, другой стороны. Частота четырехфазного переменного напряжения f зависит от требуемой величины поворота плоскости поляризации 2 л/LBp и скорости вытягивания и определяется в виде: f = и3./LBp где M3f — скорость изготовления волокна.

Так, при 2 it /LBp = 314 рад/м и визг =

=10-300 мlмин, f =8,3-250 гц, электроды 16 на тепловой режим; вблизи заготовки и волокна влияйия не оказывают, т.к. размеры их по сравнению с нагревательным элементом незначительные и они имеют ту же тем1812541

0,01 мм, Эти микрокристаллы анизотропны, локна на показатели предлагаемого спосоно их ориентация произвольна, в результате ба изготовления не оказывают влияния, заготовка получается оптически изотроп- . Использование предлагаемого оптиченой. Аналогичная картина получается при ского волокна, обеспечивающего поворот вытяжке оптического волокна, Однако если 5 плоскости поляризации, и способа em изгозастывание размягченного волокна проис- товления существенно упростит процесс изходит в электрическом поле, то молекулы и готоаления заготовки для волокна такого образовавшиеся микрокристаллы ориенти- типа, уменьшит технологические трудности руются вдоль силовых линий электрическо- при изготовлении и позволит получить вого поля. После застывания они сохраняют 10 локнослучшимихарактеристиками посравэто положение даже после снятия электри- нению с волокном-прототипом. ческого поля. В результате этого структура Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я материала оптического волокна оказывает- 1. Оптическое волокно, обеспечиваюся анизотропной и закрученной вдоль во- щее поворот плоскости поляризации, солокна, т.к. поле медленно с движением 15 держащеесердцевинуиоболочку, приэтом волокна при вытяжке поворачивается вок- аниэотропные оптическиесвойства сердцеруг оси волокна. вины изменяются по длине волокна по спиПри температуре выработки оптическо-, .рели, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что го волокна вязкость стекла порядка 10 сердцевина имеет круглое поперечное сечеПа.с. При понижении температуры вязкость 20 ние, а внутренняя микроструктура сердечстекла и. соответственно, время структур- ника ориентирована и ее ориентация ной релаксации значительно возрастают. В изменяется ho длине волокна ho спирали. предложенном способе изготовления опта- 2. Волокно по и. 1, отл и ча ю ще е с я ческое волокно должно подвергаться воз - " .тем, что, с целью обеспечения фокусируюдействию электрического поля в диийзоне 25 щих свойств волокна, показатель преломлетемпературы; .: ния материала сердечника имеет — Т вЂ” температура размягчения, пои радиальный градиент. которой вязкость материала порядка 10

Па.с и время структурной релаксации йо-":-": .":. . 3. Способ изготовления оптического ворядка 10 с (5). Под воздействием электри- 30 локна, обеспечивающего поворот плоскости ческого поля внутренняя структура волокна ьоляризацйи, путем вытяжки оптического полностью ориентируется при любой скоро- волокна из заготовки и придания ему в прости вытяжки; цессе вытяжки изменяющихся подлине во— Тя — температура стеклования, при локна по спирали анизотропных оптических которой вязкость материала 10 Па.с и вре- 35 свойств, отличающийся .тем, что в и мя структурной релаксакции порядка процессе вытяжки волокно пропускают че2

1 f0 ...10" с (5). После прекращения действия рез ориентированное электромагнитное поэлектрического поля ориентация внутрен- ле, ориентация которого в процессе ней структуры материала волокна уже не вытяжкивращаетсявокругнаправлениявыуспевает измениться. 40 тяжки.

Для чистого кварца Т - 1750 С, Tg - 4. Способпоп.З,отличающийся

1495 СЩ. Далее при максимальной скоро- тем, что, с целью придания волокну фокусисти вытяжки длина участка волокна в диапа- рующих свойств, электромагнитное поле зоне температур Т -Ту порядка 5 мм, . имеет радиальными по отношению к направПоэтому параметры процесса вытяжки во- 45 лению вытяжки градиент, 1812541

ФИГ

Составитель Т,Макаров

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор Г. Бельская

Ппоизчодственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1575 Тираж Подписное

Б НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5