СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ ВОЛОКНО Российский патент 1995 года по МПК G02B6/02 

Изобретение относится к волоконной технике и может быть использовано для изготовления светорассеивающих волокон с целью их применения в качестве детекторов светового излучения широкого спектрального диапазона.

Известно люминесцентное волокно, полученное методом кварц-полимер [1]. Такое волокно содержит световедущую жилу из кварцевого стекла, легированного оксидом редкоземельного элемента (Ce₂O₃, Ea₂O₃, Sm₂O₃), которая окружена светоотражающим покрытием. Падающие на боковую поверхность волокна излучения, попадая в световедущую жилу из кварцевого стекла, легированного оксидом редкоземельного элемента, возбуждает люминесценцию активатора, часть которой за счет полного внутреннего отражения распространяется по световедущей жиле волокна. Недостатком волокна такого типа является то, что спектральный диапазон регистрируемого излучения полностью или частично должен совпадать со спектром возбуждения легированного кварцевого стекла, из которого сделана световедущая жила. При этом спектр сигнала, регистриpуемого на торцах волокна, существенно отличается от спектра излучения, возбуждающего люминесценцию в волокне. При необходимости регистрации и передачи излучения, падающего на боковую поверхность волокна, спектральный состав которого не совпадает со спектром возбуждения, или в случае необходимости сохранения информации о спектральном составе исходного излучения, применение люминесцентных волокон неэффективно.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является конструкция световода типа кварц-полимер [2], в которой световедущая жила состоит из чистого беспузырного кварцевого стекла и окружена светоотражающей полимерной оболочкой с более низким показателем преломления. Недостатком волокна данного типа является отсутствие возможности передачи по волокну излучения, падающего на боковую поверхность волокна, поскольку излучение попадает в волокно из окружающей среды с меньшим показателем преломления.

Целью изобретения является создание световода, позволяющего осуществить регистрацию и передачу светового сигнала широкого спектрального диапазона без изменения его спектрального состава.

Излучение, падающее на боковую поверхность волокна, может быть захвачено волокном только в случае, если произойдет изменение направления распространения излучения в объеме волокна, в результате которого луч будет падать на светорассеивающее покрытие в пределах угла полного внутреннего отражения. Изменение направления распространения излучения может быть достигнуто в результате рассеяния излучения в объеме волокна на рассеивающих центрах.

Достигается это тем, что в волокне типа кварц-полимер, содержащем световедущую сердцевину из кварцевого стекла и светоотражающее покрытие, в качестве световедущей жилы используется чистое кварцевое стекло, обладающее рассеивающими свойствами, соответствующее по показателям поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра стеклу марки КУ-2 и содержащее в стекломассе равномерно распределенные по объему пузыри диаметром (1-5) ˙10^-5 м.

Стекло данного типа получают из аморфного кремнезема газопламенным методом. Из заготовки, полученной из чистого кварцевого светорассеивающего стекла, на установке вытягивалось волокно с одновременным нанесением светоотражающего покрытия типа ЛОСК-ОТ. Диаметр волокна в процессе вытяжки автоматически поддерживается постоянным.

Излучение, попадающее в волокно данной конструкции через боковую поверхность, в результате рассеяния на центрах, образующихся из пузырей при вытяжке волокна, меняет направление распространения и часть его, попадающая на светоотражающее покрытие под углом наклона лучей, по отношению к оси световода меньше, чем arccos(η/η_o), где η_o, η - коэффициенты преломления оболочки и световедущей жилы, будет распространяться по волокну.

П р и м е р. Получено кварцевое светорассеивающее волокно с диаметром световедущей жилы 150 мкм. Диаметр волокна с покрытием 250 мкм. Световедущая жила получена из кварцевого стекла, содержащего равномерно распределенные по объему пузыри диаметром (1-5) ˙ 10^-5 м и концентрацией 3 ˙ 10^-3 м. При вытяжке волокна из стекла такого типа по площади сечения волокна наблюдается от 15 до 30 рассеивающих центров с диаметром от 2 до 5 мкм.

На чертеже приведен спектр ксеноновой лампы в диапазоне 520-800 нм (кривая I), спектр ксеноновой лампы, записанный с помощью кварцевого светорассеивающего волокна (кривая II) и c помощью волокна со световедущей жилой из чистого беспузырного кварцевого стекла диаметром 150 мкм, полученного по прототипу (кривая III). Спектр записывался при облучении светом ксеноновой лампы боковой поверхности волокна.

При регистрации сигнала с помощью предлагаемого волокна получаем спектр излучения, который сохраняет информацию о спектральном составе исходного излучения. При использовании волокна-прототипа зарегистрировать спектр ксеноновой лампы не удалось.

Преимуществом заявленного изобретения по сравнению с прототипом является возможность регистрации и передачи светового сигнала широкого спектрального диапазона без изменения его спектрального состава.

Использование: волоконно-оптическая техника. Сущность изобретения: волокно содержит сердцевину, выполненную из кварцевого светорассеивающего стекла, содержащего равномерно распределенные в объеме пузыри, и светоотражающее покрытие. 1 ил.

СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ ВОЛОКНО, содержащее световодную сердцевину, из кварцевого стекла и светоотражающее покрытие, отличающееся тем, что кварцевое стекло содержит равномерно распределенные в объеме пузыри.