Двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона 2-50 мкм

Изобретение относится к оптоволоконной ИК-Фурье спектроскопии, конкретно к двухслойным ИК световодам, которые прозрачны в среднем ИК диапазоне спектра от 2,0 до 50,0 мкм и изготовлены из радиационно-стойких кристаллов определенного состава на основе системы бромид серебра - твердый раствор галогенидов одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54). Двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона 2,0-50,0 мкм, включающий сердцевину и оболочку, выполненные из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-иодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54), отличающийся тем, что сердцевина выполнена диаметром 900±10 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

бромид серебра 13,0-7,0 твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 87,0-93,0,

а оболочка выполнена диаметром 1100±15 мкм и изготовлена из кристаллов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бромид серебра 18,0-15,0 твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 82,0-85,0

Технический результат – возможность использования ИК световода в условиях повышенной радиации. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптоволоконной ИК-Фурье спектроскопии, конкретно, к двухслойным ИК световодам, которые прозрачны в среднем ИК диапазоне спектра от 2,0 до 50,0 мкм и изготовлены из радиационно-стойких кристаллов определенного состава на основе системы бромид серебра - твердый раствор галогенидов одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54).

Волоконные ИК-Фурье спектрометры используются для анализа с высокой степенью точности химического состава жидких, твердых и газообразных веществ, в том числе при повышенной радиационной активности, а также для диагностики природных и техногенных процессов. Следует отметить, что оптоволоконная технология позволяет проводить анализ на расстоянии в труднодоступных участках, в том числе с высокой радиационной активностью.

Известны двухслойные ИК световоды, изготавливаемые методом экструзии из кристаллов на основе системы AgCl-AgBr и применяемые в качестве оптического кабеля (зонда) стыкуемого с ИК-Фурье спектрометрами различных фирм: американской Mettler Toledo, германских компаний - Art Photonics, Bruker, и других.

Но галогенидсеребряные световоды светочувствительны, особенно к ультрафиолетовому и радиационному излучениям и не применимы в условиях повышенной радиации.

Известен инфракрасный световод с большим диаметром поля моды [Патент РФ №2506615 от 10.02.2014. Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды // Корсаков А.С., Жукова Л.В., Жуков В.В., Врублевкий Д.С.], включающий сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке и изготовленных из кристаллов различного состава на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор TlBr0,46I0,54.

Но ИК световод является одномодовым при работе на длине волны 10,6 мкм (СО2 лазер) и обеспечивает распространение только одной моды низшего порядка в пределах фундаментальной запрещенной зоны.

Наиболее близким техническим решением является одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона от 2,0 до 50,0 мкм [Патент РФ №2504806 от 20.01.2014, авторов Корсакова А.С, Жуковой Л.В., Кортова С.В., Врублевского Д.С.], сердцевина которого имеет диаметр 10-250 мкм и выполнена из кристаллов на основе бромида серебра в мас.%: 98,8-65,0 и твердого раствора TlBr0,46I0,54 в мас.%: 1,2-35,0, а оболочка диаметром 0,6-1,1 мкм выполнена из тех же кристаллов в мас.%: AgBr - 99,0-69,5; твердый раствор - 1,0-30,5. Световод устойчив к радиационному, ультрафиолетовому (УФ) и ИК излучениям за счет наличия в его составе TlBr0,46I0,54, что также расширяет его прозрачность до 50,0 мкм.

Но в прототипе приведена структура и состав одномодовых световодов, предназначенных для работы на определенной длине волны 10,6 мкм и 30,0 мкм. Кроме того, состав световодов соответствует левой части новой диаграммы системы AgBr-TlBr0,46I0,54, изученной нами (см. фиг.1, где - расплав системы AgBr-TlBr0,46I0,54; α1- высокотемпературная ромбическая фаза AgBr; α - твердый раствор системы AgBr-TlBr0,46I0,54 на основе низкотемпературной кубической гранецентрированной модификации AgBr; β - твердый раствор системы AgBr-TlBr0,46I0,54 на основе кубической модификации TlBr0,46I0,54; Х1 Х2, Х3 - химические соединения; X1*, Х2*, Х3* -высокотемпературные фазы химических соединений Х1 Х2, Х3), где существуют области гомогенности твердых растворов, как в левой, так и в правой части диаграммы. Установлено, что при длительном УФ облучении кристаллов, соответствующих составам левой части диаграммы, происходит просветление в спектральном диапазоне от 5,0 до 20,0 мкм, что является положительным эффектом при использовании одномодовых световодов в данном диапазоне [Волоконные световоды для среднего инфракрасного диапазона. Учебник, Л.В. Жукова, А.С.Корсаков, А. Е.Львов, Д.Д. Салимгареев. С. 185-189]. Но для использования ИК световодов в качестве оптоволоконного кабеля, стыкуемого с ИК-Фурье спектрометром, этот эффект недопустим. Кроме того, ИК световоды, соответствующие составам левой части диаграммы, устойчивы к ионизирующему излучению дозой до 500 кГр, что недостаточно при использовании их в различных областях атомной энергетики.

В хранилищах радиоактивных отходов, горячих камерах, напорных спец. канализациях и других объектах при повышенном радиационном фоне протекают различные химические реакции, которые необходимо контролировать с использованием ИК - Фурье спектроскопии. Существует техническая проблема по определению химического состава веществ в режиме реального времени с использованием волоконного ИК Фурье спектрометра в условиях ионизирующего (гамма) излучения дозой от 1000 кГр и более. Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод, что их использование не возможно в условиях повышенной радиации.

Проблема решена за счет изготовления двухслойного кристаллического инфракрасного световода для спектрального диапазона 2,0-50,0 мкм, включающего сердцевину и оболочку, выполненных из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-иодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54), отличающийся тем, что сердцевина выполнена диаметром 900±10 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении компонентов, в мас. %:

бромид серебра 13,0-7,0;
твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 87,0-93,0,

а оболочка выполнена диаметром 1100±15 мкм и изготовлена из кристаллов при следующем соотношении компонентов, мас. %:

бромид серебра 18,0-15,0;
твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 82,0-85,0,

что позволяет контролировать состав продуктов и кинетику происходящих процессов на изолированных ядерных объектах за счет использования стыкуемого с ИК-Фурье спектрометром волоконного кабеля на основе двухслойного кристаллического инфракрасного световода не обладающего эффектом просветления при длительном (более 10 часов) ультрафиолетовом облучении.

По сравнению с прототипом двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона 2-50 мкм обладает следующими преимуществами:

1. Двухслойные кристаллические ИК световоды имеют диаметр сердцевины 900±10 мкм для работы во всем спектральном диапазоне от 2,0 до 50,0 мкм в сравнение с прототипом, в котором одномодовые двухслойные ИК световоды имеют диаметр сердцевины от 10 до 250 мкм в зависимости от длины волны, т.е. чем меньше длина волны, тем меньше диаметр сердцевины.

2. Стойкость к ионизирующему излучению дозой от 1100 кГр и выше, в прототипе до 500 кГр.

3. Оптические свойства не изменяются при длительном УФ облучении и высоком ионизирующем излучении.

Пример 1. Изготовлен двухслойный ИК световод с диаметром сердцевины 890 мкм и состава в мас.%: бромид серебра 13,0; твердый раствор TlBr0,46I0,54 87,0. Сердцевина имеет больший показатель преломления (n=2,337), чем в оболочке, диаметр которой 1085 мкм, состав в мас.%: бромид серебра 18,0; твердый раствор TlBr0,46I0,54 82,0, n=2,308.

Оптикомеханические свойства световодов при гамма облучении дозой 1500 кГр не изменяются в спектральном диапазоне от 2 до 50 мкм.

Проведен дистанционный анализ с помощью оптоволоконного ИК-Фурье спектрометра в среднем инфракрасном диапазоне спектра на химический состав по пикам поглощения различных калибровочных растворов, содержащих спирт, минеральные масла, воду и другие компоненты. Также определен состав и концентрация смеси вода-тяжелая вода (Н2О-D2O) в спектральном диапазоне от 3,56 мкм до 5,0 мкм. Предел обнаружения метода от 10-3 до 10-4 моль/л.

Пример 2. Изготовлен двухслойный ИК световод

При гамма облучении ИК световода дозой 1300 кГр оптические свойства (пропускание) не изменяется в спектральном диапазоне от 2,0 до 50,0 мкм.

Химический анализ различных растворов проведен как в примере 1 с помощью оптоволоконного ИК-Фурье спектрометра с пределом обнаружения от 10-3 до 10-4 моль/л.

Пример 3. Изготовлен двухслойный ИК световод, состав и структура которого приведена в таблице

При гамма облучении ИК световода дозой 1100 кГр пропускание не изменяется в спектральном диапазоне от 2,0 до 50,0 мкм.

Подтвержден предел обнаружения (от 10-3 до 10-4 моль/л) веществ по пикам поглощения, в том числе тяжелой воды.

Согласно диаграмме (см. фиг.1) нельзя получить ИК световоды из кристаллов составов менее 87,0 мас.% твердого раствора AgBr-TlBr0,46I0,54, т.к. кристаллы не вырастают в связи с полиморфными переходами, а также более 93,0 мас. % TlBr0,46I0,54 в AgBr, т.к. световоды полученные из данных составов методом экструзии разрушаются под действием эффекта рекристаллизации.

Таким образом технический результат, при использовании радиационно-стойких двухслойных кристаллических ИК световодов в спектральном диапазоне 2-25 мкм совместимых с ИК-Фурье спектрометром, заключается, во-первых, в возможности определения в режиме реального времени химического состава различных веществ с пределом обнаружения 10-3-10-4 моль/л, в том числе D2O [Королева А. В. Новый метод исследования инфракрасных спектров фазовых состояний водных систем при различных температурах. Диссертация, Москва, МГУ, 2016 г.] в условиях ионизирующего излучения дозой от 1100 до 1500 кГр; во-вторых, сердцевина диаметром 900±10 мкм упрощает стыковку световода с ИК-Фурье спектрометром.

Двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона 2,0-50,0 мкм, включающий сердцевину и оболочку, выполненные из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-иодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54), отличающийся тем, что сердцевина выполнена диаметром 900±10 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

бромид серебра 13,0-7,0
твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 87,0-93,0,

а оболочка выполнена диаметром 1100±15 мкм и изготовлена из кристаллов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бромид серебра 18,0-15,0
твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 82,0-85,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к волоконно-оптической технике, а именно к проходным устройствам для герметичного ввода оптического волокна через перегородку, и может быть использовано для ввода оптического волокна между областями с различным давлением.

Изобретение относится к многослойным стеклам, в частности ламинированным боковым стеклам для бокового окна транспортного средства. Многослойное стекло включает: одно наружное стекло и одно внутреннее стекло, которые соединены друг с другом с помощью термопластичного промежуточного слоя, при этом промежуточный слой по меньшей мере на отдельных участках имеет срез относительно кромки стекла, и по меньшей мере одно светорассеивающее стекловолокно, причем стекловолокно по меньшей мере частично расположено в области среза между наружным стеклом и внутренним стеклом.

Изобретение относится к средствам соединения кабелей оптических линий связи. Технический результат - снижение трудоемкости монтажно-демонтажных работ.

Изобретение относится к области к области оптической техники. Предложено оптическое устройство передачи, содержащее порт оптического соединительного устройства и устройство излучения света.

Изобретение относится к радиационностойким фотонно-кристаллическим световодам для длины волны 10,0 мкм, в которых одномодовый режим работы соблюдается за счет влияния двух механизмов: фотонных запрещенных зон (ФЗЗ) и полного внутреннего отражения (ПВО).

Изобретение относится к одномодовым кристаллическим ИК световодам, которые предназначены для доставки ИК излучения медицинских твердотельных лазеров с параметрическим преобразованием частоты на длине волны 5,75 мкм.

Группа изобретений относится к оптическим устройствам, содержащим волновод для считывания квантовых излучателей. Оптическое устройство содержит планарный волновод и квантовый излучатель.

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования при создании волоконно-оптических интроскопов и источников дистанционного электропитания на базе световодов.

Изобретение относится к фотонно-кристаллическим волноводам с большим периодом решётки с селективно закрытыми капиллярами внешних оболочек и открытой полой сердцевиной.

Группа изобретений относится к устройствам оптической связи. Оптический разъем, кабель и устройство оптической связи содержит коллиматорную линзу для излучения путем преобразования светового сигнала из тракта передачи света или источника света в коллимированный свет.

Изобретение относится к радиационностойким фотонно-кристаллическим световодам для длины волны 10,0 мкм, в которых одномодовый режим работы соблюдается за счет влияния двух механизмов: фотонных запрещенных зон (ФЗЗ) и полного внутреннего отражения (ПВО).

Изобретение относится к одномодовым кристаллическим ИК световодам, которые предназначены для доставки ИК излучения медицинских твердотельных лазеров с параметрическим преобразованием частоты на длине волны 5,75 мкм.

Изобретение относится к фотонно-кристаллическим волноводам с большим периодом решётки с селективно закрытыми капиллярами внешних оболочек и открытой полой сердцевиной.

Изобретение относится к фотонно-кристаллическим волноводам с большим периодом решётки с селективно закрытыми капиллярами внешних оболочек и открытой полой сердцевиной.

Изобретение относится к области оптических волокон. Сохраняющее состояние поляризации оптическое волокно малого диаметра включает кварцевое оптическое волокно, вокруг внешней оболочки которого расположен слой внутреннего покрытия и слой внешнего покрытия, а во внутренней оболочке кварцевого оптического волокна находится сердцевина и кварцевая оболочка, между которыми находятся зоны напряжения; между слоями внутреннего и внешнего покрытия находится слой буферного покрытия.
Изобретение относится к волоконной оптике. Волокно включает сердцевину и светоотражающую оболочку из кварцевого стекла с нанесенным на нее оловянным покрытием.

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.

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.

Изобретение относится к области волоконной оптики и касается способа формирования волоконной брэгговской решетки (ВБР) с фазовым сдвигом. Способ включает в себя воздействие на оптическое волокно, с записанной в нем волоконной брэгговской дифракционной структурой, электрической дуги сварочного аппарата.

Группа изобретений относится к активным волоконным световодам с полностью волоконными вводом излучения накачки в первую оболочку. Волоконный световод-конус для усиления оптического излучения содержит сердцевину из кварцевого стекла, легированного ионами редкоземельных элементов и дополнительными легирующими добавками (например, Ge, Al, Р, F, В), взятыми вместе или по отдельности, при этом диаметр сердцевины увеличивается по длине световода.

Изобретение относится к оптоволоконной ИК-Фурье спектроскопии, конкретно к двухслойным ИК световодам, которые прозрачны в среднем ИК диапазоне спектра от 2,0 до 50,0 мкм и изготовлены из радиационно-стойких кристаллов определенного состава на основе системы бромид серебра - твердый раствор галогенидов одновалентного таллия. Двухслойный кристаллический инфракрасный световод для спектрального диапазона 2,0-50,0 мкм, включающий сердцевину и оболочку, выполненные из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-иодида одновалентного таллия, отличающийся тем, что сердцевина выполнена диаметром 900±10 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении компонентов, в мас.: бромид серебра 13,0-7,0 твердый раствор 87,0-93,0, а оболочка выполнена диаметром 1100±15 мкм и изготовлена из кристаллов при следующем соотношении компонентов, мас.: бромид серебра 18,0-15,0 твердый раствор 82,0-85,0 Технический результат – возможность использования ИК световода в условиях повышенной радиации. 1 ил.

Наверх