Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2062257C1 - Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization - Google Patents

Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization Download PDF

Info

Publication number
RU2062257C1
RU2062257C1 SU4529324A RU2062257C1 RU 2062257 C1 RU2062257 C1 RU 2062257C1 SU 4529324 A SU4529324 A SU 4529324A RU 2062257 C1 RU2062257 C1 RU 2062257C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light guide
fiber
light
reflective
sheath
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.М. Курбатов
А.И. Зуев
Е.А. Голяков
Original Assignee
Курбатов Александр Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Курбатов Александр Михайлович filed Critical Курбатов Александр Михайлович
Priority to SU4529324 priority Critical patent/RU2062257C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2062257C1 publication Critical patent/RU2062257C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

FIELD: coherent fibre-optical communication lines. SUBSTANCE: workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization includes light-guiding conductor, two loaded rods of round shape, reflecting sheath of pure quartz glass and outer protective sheath. Additional layer of reflecting sheath having outer diameter 2-5 D, where D is diameter of light-guiding conductor and composed of material with melting temperature less or equal to melting temperature of material of light guiding conductor borders on light guiding conductor. EFFECT: facilitated manufacture. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконных когерентных линиях связи и при конструировании датчиков физических величин. The invention relates to the field of fiber optics and can be used in fiber coherent communication lines and in the design of sensors of physical quantities.

Известен способ изготовления одномодовых волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения. A known method of manufacturing a single-mode fiber waveguides that preserve the polarization of radiation.

Известный способ изготовления заготовки световода, сохраняющего поляризацию излучения, заключается в формировании с двух противоположных сторон световедущей жилы двух отверстий круговой формы, а затем в эти отверстия вставляются два стеклянных стержня, которые отличаются по коэффициенту температурного расширения от коэффициента температурного расширения материала заготовки. При вытяжке световода из такой заготовки в световедущей жиле световода из-за разности коэффициентов расширения материалов возникают сильные механические напряжения, за счет которых материал световедущей жилы становится двулучепреломляющим, т.е. существует два ортогональных друг другу направления, возбужденная вдоль которых линейная поляризация излучения при распространении в световоде сохраняется, именно поэтому световоды называются сохраняющими поляризацию излучения. Одной из основных проблем получения заготовки для такого световода является получение двух отверстий круговой формы, располагающихся по обе стороны от световедущей жилы. Эти отверстия должны быть на одинаковом расстоянии от световедущей жилы, и центры их должны лежать на одной прямой с центром световедущей жилы. Известен способ получения таких отверстий в заготовках, получаемых методом внутреннего парофазного осаждения (МСYD) /2/. Известный способ получения отверстий заключается в следующем. Берется исходная заготовка для одномодового изотропного волоконного световода, и с двух диаметрально противоположных сторон прорезается два полукруглых паза по всей длине заготовки шириной и глубиной приблизительно 1 мм. Затем эта заготовка помещается внутрь опорной кварцевой трубы и сплавляется с ней на станке изготовления заготовок. В результате этой операции по всей длине вновь полученной заготовки образуется два сквозных отверстия, располагающихся по обе стороны от световедущей жилы. Затем эта заготовка опускается в плавиковую кислоту, предварительно защитив ее внешнюю поверхность фторопластовой лентой. В плавиковой кислоте эти отверстия растравливаются до необходимого диаметра. Для расчета составляющих заготовки и диаметра получаемого волокна используется система уравнений

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

где Dвнутрзаг диаметр исходной изотропной заготовки;
Dвнешзаг диаметр заготовки, получаемой после сплавления исходной заготовки с пазами с кварцевой трубой;
hпаз глубина паза;
Рж радиус световедущей жилы в заготовке;
Δ расстояние нагружающих элементов до световедущей жилы;
a угол раскрыва нагружающих стержней;
V нормализованная частота;
lс длина волны отсечки световода;
nc средний показатель преломления материала световода;
Δп разность показателей преломления между отражающей оболочкой и световедущей жилой.A known method of manufacturing a blank of a fiber that preserves radiation polarization is to form two circular holes on two opposite sides of the light guide core, and then two glass rods are inserted into these holes, which differ in the coefficient of thermal expansion from the coefficient of thermal expansion of the workpiece material. When a fiber is drawn from such a billet, strong mechanical stresses arise in the light guide of the fiber due to the difference in the expansion coefficients of the materials, due to which the material of the light guide core becomes birefringent, i.e. there are two directions orthogonal to each other, excited along which the linear polarization of the radiation during propagation in the fiber is preserved, which is why fibers are called preserving the polarization of radiation. One of the main problems in obtaining a blank for such a fiber is to obtain two circular holes located on both sides of the light guide core. These holes should be at the same distance from the light guide core, and their centers should lie on a straight line with the center of the light guide core. A known method of producing such holes in the workpieces obtained by the method of internal vapor deposition (MCYD) / 2 /. A known method of producing holes is as follows. An initial preform is taken for a single-mode isotropic fiber, and two semicircular slots are cut from two diametrically opposite sides along the entire length of the preform with a width and depth of approximately 1 mm. Then this billet is placed inside the supporting quartz tube and fused with it on a billet manufacturing machine. As a result of this operation, two through holes are formed along the entire length of the newly obtained billet, located on both sides of the light guide core. Then this preform is lowered into hydrofluoric acid, having previously protected its outer surface with a fluoroplastic tape. In hydrofluoric acid, these holes are etched to the required diameter. The system of equations is used to calculate the components of the preform and the diameter of the resulting fiber
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

where D int is the diameter of the initial isotropic preform;
D outer diameter of the billet obtained after fusion of the initial billet with grooves with a quartz tube;
h groove groove depth;
Hr radius of the light guide core in the workpiece;
Δ the distance of the loading elements to the light guide core;
a opening angle of the loading rods;
V normalized frequency;
lс wavelength of the fiber cut-off;
nc is the average refractive index of the fiber material;
Δp the difference in refractive indices between the reflecting cladding and the light guide core.

Для достижения предельно малых потерь в волоконном световоде необходимо, чтобы толщина отражающей оболочки была в пределах 6 8 Дж, тогда опорная труба не будет сказываться на характеристиках световода. Для достижения предельных значений поляризационных характеристик световода типа "РАNDA" необходимо обеспечить α 90o, D 2 Дж, т.е. нагружающие стержни должны находиться от световедущей жилы на расстоянии 4 Rж, таким образом, при вытравливании отверстий должна затрагиваться и отражающая оболочка. Для известного метода получения отверстий в заготовках исходная изотропная заготовка должна иметь отражающую оболочку из чистого кварцевого стекла для того, чтобы скоростъ травления опорной трубы (которая состоит из чистого кварцевого стекла, как правило) и отражающей оболочки были абсолютно одинаковыми, т.к. только в этом случае получаются отверстия круговой формы при травлении. Если же отражающая оболочка будет изготовлена из кварцевого стекла с какими-то легирующими добавками, например Gе2O3, P2O5, F2, BBr3 и т.д. то из-за того, что скорость травления кварцевого стекла с легирующими добавками выше, чем скорость травления чистого кварцевого стекла опорной трубы, отверстия после травления получаются некруглой формы, что приводит к ухудшению поляризационных характеристик световода. При изготовлении изотропной же заготовки с отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла возникают серьезные проблемы при вытяжке этих световодов с точки зрения получения малых потерь оптической мощности. Дело в том, что температуры, при которых происходит затвердение материала отражающей оболочки и материала световедущей жилы, существенно разные. Материал отражающей оболочки (чистый кварц) затвердевает и приобретает форму по времени раньше, чем материал световедущей жилы, в результате этого на границе жила отражающая оболочка возникают сильные напряжения, т. к. материалы световедущей жилы и отражающей оболочки имеют разные коэффициенты температурного расширения, что и приводит к росту потерь оптической мощности. Таким образом, основным недостатком известного способа получения отверстий в заготовке для световода, сохраняющего поляризацию излучения типа "PANDА", является то, что в качестве исходной заготовки необходимо брать заготовку с отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла, в которой при вытяжке очень трудно получить минимальные потери в световоде. Использование же в качестве отражающей оболочки кварцевого стекла с легирующими добавками, что приводит к понижению температуры затвердения материала оболочки и как следствие к уменьшению потерь оптической мощности в световоде, также затруднено, т. к. из-за некруглости вытравленных отверстий значительно ухудшаются поляризационные характеристики световодов.To achieve extremely small losses in the fiber, it is necessary that the thickness of the reflective sheath be within 6 8 J, then the support tube will not affect the characteristics of the fiber. To achieve the limiting values of the polarization characteristics of the fiber type "PANDA" it is necessary to provide α 90 o , D 2 J, i.e. the loading rods should be located at a distance of 4 Rzh from the light guide core, thus, when etching the holes, the reflecting shell should also be affected. For the known method of producing holes in the blanks, the initial isotropic blank must have a reflective shell made of pure quartz glass so that the etching rate of the support tube (which consists of pure silica glass, as a rule) and the reflective shell are exactly the same, because only in this case, holes of a circular shape are obtained during etching. If the reflective shell is made of quartz glass with some dopants, for example, Ge 2 O 3 , P 2 O 5 , F 2 , BBr 3 , etc. due to the fact that the etching rate of silica glass with dopants is higher than the etching rate of pure silica glass of the support pipe, the holes after etching are non-circular in shape, which leads to a deterioration in the polarization characteristics of the fiber. In the manufacture of an isotropic preform with a reflective cladding made of pure quartz glass, serious problems arise when drawing these optical fibers from the point of view of obtaining small losses of optical power. The fact is that the temperatures at which the hardening of the material of the reflective shell and the material of the light guide core are substantially different. The material of the reflective shell (pure quartz) hardens and takes shape in time earlier than the material of the light guide core, as a result of which strong stresses arise at the boundary of the core of the reflective core, because the materials of the light guide core and reflective shell have different coefficients of thermal expansion, which leads to an increase in optical power loss. Thus, the main disadvantage of the known method of producing holes in a preform for a fiber retaining the polarization of radiation of the PANDA type is that it is necessary to take a preform with a reflective sheath made of pure quartz glass as the initial preform, in which it is very difficult to obtain minimal losses during drawing in the light guide. The use of silica glass with alloying additives as a reflecting shell, which leads to a decrease in the hardening temperature of the shell material and, as a result, to a decrease in the optical power loss in a fiber, is also difficult, since the polarization characteristics of the fibers are significantly worsened due to the non-circularity of the etched holes.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение технических характеристик одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения. The aim of the invention is to improve the technical characteristics of a single-mode fiber waveguide, preserving the polarization of radiation.

Указанная цель достигается тем, что вводится дополнительный слой отражающей оболочки, прилегающий непосредственно к световедущей жиле, имеющий внешний диаметр 2 Дж 5 Дж, где Дж диаметр световедущей жилы, и состоящий из материала с меньшей или равной температурой расплавления, чем температура расплава материала световедущей жилы. This goal is achieved by introducing an additional layer of a reflective shell adjacent directly to the light guide core, having an outer diameter of 2 J 5 J, where J is the diameter of the light guide core, and consisting of a material with a lower or equal melting temperature than the melt temperature of the light guide core.

Предлагаемая заготовка для одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения, позволяет снизить уровень потерь оптической мощности в световоде. Снижение уровня потерь оптической мощности в световоде происходит из-за того, что введен дополнительный "мягкий" слой отражающей оболочки, прилегающей непосредственно к световедущей жиле, который значительно снижает уровень напряжения на границе световедущая жила - отражающая оболочка при вытяжке световода. Снижение уровня напряжений на границе световедущая жила отражающая оболочка приводит к снижению потерь в световоде. The proposed blank for a single-mode fiber waveguide, which preserves the polarization of radiation, can reduce the level of optical power loss in the fiber. The decrease in the level of optical power loss in the fiber is due to the fact that an additional “soft” layer of the reflective sheath is inserted adjacent directly to the light guide core, which significantly reduces the voltage level at the interface between the light guide core and the reflective sheath when the fiber is drawn. A decrease in the voltage level at the boundary of the light guide core and the reflective sheath leads to a decrease in losses in the fiber.

На фиг. 1 показано поперечное сечение изотропной заготовки, которая обычно используется в прототипе. In FIG. 1 shows a cross section of an isotropic preform, which is commonly used in the prototype.

На фиг. 2 показано поперечное сечение предлагаемой исходной изотропной заготовки. In FIG. 2 shows a cross section of a proposed initial isotropic preform.

На фиг. 3 показана последовательность технологических операций формирования заготовки для световода, сохраняющего поляризацию излучения типа "РАNDА". In FIG. Figure 3 shows the sequence of technological operations of forming a preform for a fiber that preserves the polarization of radiation of the "PANDA" type.

На фиг. 1 показана конструкция исходной изотропной заготовки, которая обычно используется в известном способе. Заготовка 1 содержит световедущую жилу 2, состоящую из кварцевого стекла, легированного германием, что позволяет получить повышенный уровень показателя преломления чистого кварцевого стекла, и отражающую оболочку 3, состоящую из чистого кварцевого стекла. Световедущая жила 2 и отражающая оболочка 3 имеют не только разные температуры расплава, но и материал их значительно отличается друг от друга коэффициентом температурного расширения. В процессе вытяжки первой затвердевает отражающая оболочка, затем только световедущая жила и за счет разности коэффициентов температурного расширения материалов на границе жила оболочка возникают напряжения. Положение еще больше усугубляется, если световедущая жила имеет эллиптичность. Преждевременное затвердение может также привести и к деформации формы световедущей жилы, что также приводит к асимметричным напряжениям на границе жила оболочка. При вытяжке заготовки с нагружающими стержнями деформация световедущей жилы отражающей оболочкой практически неизбежна. In FIG. 1 shows the design of the initial isotropic preform, which is commonly used in the known method. The blank 1 contains a light guide core 2, consisting of quartz glass doped with germanium, which allows to obtain an increased level of refractive index of pure quartz glass, and a reflective shell 3, consisting of pure quartz glass. The light guide core 2 and the reflective sheath 3 have not only different melt temperatures, but their material differs significantly from each other by the coefficient of thermal expansion. In the process of drawing, the reflective shell hardens first, then only the light guide core and due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the materials, stresses arise at the boundary of the core shell. The situation is further aggravated if the light guide has an ellipticity. Premature hardening can also lead to a deformation of the shape of the light guide core, which also leads to asymmetric stresses at the sheath boundary. When drawing a workpiece with loading rods, deformation of the light guide core with a reflective sheath is almost inevitable.

На фиг. 2 показана конструкция предлагаемой исходной изотропной заготовки. Заготовка 4 содержит световедущую жилу 2, отражающую оболочку из чистого кварцевого стекла 3 и дополнительный слой отражающей оболочки 5, прилегающей непосредственно к жиле 2. Заготовка изготовляется следующим образом. На установке изготовления заготовок MCVD-методом на внутреннюю поверхность опорной кварцевой трубы наносится вначале слой отражающей оболочки из чистого кварцевого стекла, затем наносятся слои дополнительного слоя отражающей оболочки, состоящего из чистого кварцевого стекла, легированного фтором и фосфором. In FIG. 2 shows the design of the proposed initial isotropic billet. The blank 4 comprises a light guide core 2, a reflective shell of pure quartz glass 3 and an additional layer of a reflective shell 5 adjacent directly to the core 2. The blank is made as follows. In a workpiece fabrication plant using the MCVD method, a layer of a reflective shell made of pure quartz glass is first applied to the inner surface of the supporting quartz tube, then layers of an additional layer of a reflective shell consisting of pure quartz glass doped with fluorine and phosphorus are applied.

Добавка фтора понижает показатель преломления кварца, а добавка фосфора его повышает. Соотношение между концентрациями фтора и фосфора выбрано таким, что показатель преломления этого дополнительного слоя согласован с показателем преломления кварцевого стекла. После нанесения дополнительного слоя отражающей оболочки наносятся слои световедущей жилы, состоящей из кварцевого стекла, легированного германием. После этого заготовка схлопывается в штабик заготовку на тепломеханическом станке. The addition of fluorine lowers the refractive index of quartz, while the addition of phosphorus increases it. The ratio between the concentrations of fluorine and phosphorus is chosen such that the refractive index of this additional layer is consistent with the refractive index of silica glass. After applying an additional layer of reflective sheath, layers of a light guide conductor consisting of quartz glass doped with germanium are applied. After that, the workpiece collapses into the headstock workpiece on a thermomechanical machine.

На фиг. 3 показана последовательность технологических операций формирования заготовки для одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения типа "РАNDА"/1, 2/. В исходной заготовке 4 прорезается на шлифовальном станке алмазным кругом два полукруглых паза 6 шириной и глубиной 1 мм. Затем эта заготовка помещается в кварцевую трубу 7 и сплавляется с ней на тепломеханическом станке изготовления заготовок, после чего по всей длине заготовки образуются почти круглые отверстия 8. Затем эти отверстия в плавиковой кислоте растравливаются так, чтобы получившиеся отверстия 9 касались дополнительного слоя отражающей оболочки. Диаметр дополнительного слоя отражающей оболочки выбирается из условия выбора рабочей длины световода. Для рабочей длины световода в диапазоне 0,8 0,84 мкм диаметр дополнительного слоя может быть 3 Дж. При изготовлении однополяризационного волокна на этот же диапазон волн толщину дополнительного слоя можно допустить 1/2 Дж, т. е. диаметр его может быть 2 Дж. Для рабочего диапазона длин волн 1,3 1,55 мкм диаметр дополнительного слоя должен быть не менее 5 Дж. В полученные отверстия 9 (фиг. 3) вставляются нагружающие стержни 10, которые обычно состоят из кварцевого стекла, легированного бором. После этого заготовка сплавляется на тепломеханическом станке. In FIG. Figure 3 shows the sequence of technological operations of forming a preform for a single-mode fiber waveguide, which preserves the polarization of radiation of the type "PANDA" / 1, 2 /. In the initial billet 4, two semicircular grooves 6 of a width and a depth of 1 mm are cut on a grinding machine with a diamond wheel. Then this billet is placed in a quartz tube 7 and fused with it on a thermomechanical billet manufacturing machine, after which almost round holes 8 are formed along the entire length of the billet 8. Then these holes in hydrofluoric acid are etched so that the resulting holes 9 touch an additional layer of the reflective shell. The diameter of the additional layer of the reflective sheath is selected from the condition for choosing the working length of the fiber. For a working fiber length in the range of 0.8 0.84 μm, the diameter of the additional layer can be 3 J. In the manufacture of unipolarizing fiber, the thickness of the additional layer can be 1/2 J in the same wavelength range, i.e. its diameter can be 2 J For the working wavelength range of 1.3 to 1.55 microns, the diameter of the additional layer should be at least 5 J. Loading rods 10, which usually consist of quartz glass doped with boron, are inserted into the holes 9 (Fig. 3). After that, the workpiece is fused on a thermomechanical machine.

Источники информации
1. J. of Lightwowe technology//VLT, 3N: August 1985, p.758 762.
Information sources
1. J. of Lightwowe technology // VLT, 3N: August 1985, p. 758 762.

2. А. с. (заявка N 3151759). ЫЫЫ2 2. A. p. (application N 3151759). YYY2

Claims (1)

Заготовка для одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения, включающая световедущую жилу, два нагружающих стержня круглой формы, отражающую оболочку из чистого кварцевого стекла и внешнюю защитною оболочку, отличающаяся тем, что, с целью снижения уровня потерь оптической мощности в световоде, она снабжена дополнительным слоем отражающей оболочки, прилегающим непосредственно к световедущей жиле, имеющим внешний диаметр (2 5) Dж, где Dж диаметр световедущей жилы, и состоящим из материала с температурой плавления, меньшей, чем температура расплава материала световедущей жилы, или равной ей.A blank for a single-mode fiber polarization-preserving fiber, including a light guide, two round loading rods, a reflective sheath made of pure quartz glass and an external protective sheath, characterized in that, in order to reduce the level of optical power loss in the fiber, it is provided with an additional layer reflecting shell, adjacent directly to the light-guiding core having an outer diameter (May 2) D w, where w D diameter light-guiding core, and consisting of a material having a melting point Lower than the melt temperature of the light-guiding core material, or equal to it.
SU4529324 1990-04-09 1990-04-09 Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization RU2062257C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4529324 RU2062257C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4529324 RU2062257C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2062257C1 true RU2062257C1 (en) 1996-06-20

Family

ID=21406895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4529324 RU2062257C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2062257C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N2043313, кл. С 03 B 37/00. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4630890A (en) Exposed core optical fibers, and method of making same
EP0109604B1 (en) Polarised plane-maintaining optical fiber
EP0357429B1 (en) Polarization-Maintaining optical fiber for coupler fabrication
EP0381473B1 (en) Polarization-maintaining optical fiber
EP0212954B1 (en) Method of making low loss fiber optic coupler
EP2626730B1 (en) Polarization-maintaining optical fiber
US20070177846A1 (en) Rare earth doped double clad optical fiber with plurality of air holes and stress rods
JPH06342110A (en) Preparation of glass base material for planar optical waveguide and planar optical waveguide
US9720264B2 (en) Polarization-maintaining optical fibre and preform and method for producing the same
JP2002318315A (en) Optical fiber and method for manufacturing the same
JPH0449082B2 (en)
US6947650B1 (en) Long wavelength, pure silica core single mode fiber and method of forming the same
JPH08254601A (en) Optical constitutional element to transmit light beam
GB2189900A (en) Optical fibre devices
EP0067017B1 (en) Polarization plane maintaining optical fiber and fabricating method therefor
EP2314549B1 (en) Method for manufacturing a birefringent optical fiber and its preform
JP6151310B2 (en) Optical fiber preform manufacturing method and optical fiber manufacturing method
CN111443423B (en) Radiation-resistant polarization-maintaining optical fiber and preparation method and application thereof
JP2530823B2 (en) Fiber type single mode lightwave circuit element and method of manufacturing the same
GB2096788A (en) Single polarization single-mode optical fibers
RU2062257C1 (en) Workstock for single-mode fibre light guide with maintenance of radiation polarization
US4904052A (en) Polarization preserving optical fiber and method of manufacturing
RU2627018C1 (en) Radiation-resistant single-mode light guide with large linear birefringence for fiber-optic gyroscope
RU2301782C1 (en) Method of manufacture of the single-mode fiber light guide keeping the polarization of its light emission
RU2155166C2 (en) Method of manufacturing single-mode fiber-optic light guides retaining emission polarization