Инфракрасный световод системы AgClBr - TlClBr Российский патент 2025 года по МПК G02B6/02 

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, а именно к инфракрасным световодам, предназначенным для работы в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм.

В инфракрасной дефектоскопии инфракрасные волокна на основе фото- и радиационностойких монокристаллов системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26 прозрачных в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм позволяют проводить бесконтактное измерение теплового потока исследуемого объекта с сохранением прочностных характеристик световода.

Известны галогенидсеребряные волокна на основе AgCl_xBr_1-x при х=0-1, которые охватывают широкий диапазон пропускания 2,0-20,0 мкм и имеют низкие оптические потери до 0,2 дБ/м [T. Lewi, A. Ksendzov, S. Martin, et al. "Silver halide single mode fibers for modal filtering in the middle infrared”, J. Opt. and Infrared Interferometry, Proc. SPIE 7013, 2008, p. 701313]. Однако световод является фоточувствительным, а сам материал мягкий, что приводит к появлению царапин и снижению срока службы.

Известны волокна на основе твердых растворов галогенидов таллия составов TlBr_0,46I_0,54 и TlCl_0,74Br_0,26 [V. G. Artjushenko, L. N. Butvina, V. V. Vojtsekhovsky, et al., "Polycrystalline Fibers From Thallium And Silver Halides”, J. Infrared Opt. Mater. and Fibers, 1986, Vol. IV]. Волокна обладают высокими прочностными характеристиками, пропускают в диапазоне от 5,0 до 20,0 мкм при потерях 0,5 дБ/м на длине волны 10,6 мкм. Кроме того, волокна на основе галогенидов таллия устойчивы к ультрафиолетовому (УФ) и радиационному облучению.

Однако из-за того, что монокристаллы галогенидов таллия имеют кристаллическую решетку типа Pm3m, волокна из них подвержены рекристализации зерен, что делает данные волокна крайне недолговечными.

Известен одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод [Патент РФ №2340920 от 10.12.2008 / Жукова Л.В., Чазов А.И., Примеров Н.В., Корсаков А.С., Жуков В.В.], который включает сердцевину и оболочку. Сердцевина диаметром 15-45 мкм выполнена из твердых растворов хлорид-бромида серебра, легированных йодидом одновалентного таллия. Оболочка диаметром 0,7-1,0 мм выполнена из твердых растворов хлорид-бромида серебра. Одномодовый двухслойный кристаллический световод пропускает электромагнитное излучение в средней и дальней инфракрасной области спектра (5-30 мкм).

Недостатком данного световода является то, что за счет его структуры и размеров сердцевины, оптические потери в данном световоде достигают до 0,5 дБ/м. Кроме того, световод является фоточувствительным к ультрафиолетовому облучению при длинах волн 260-380 нм.

Существует проблема по созданию инфракрасных световодов прозрачных в широкой спектральной области от 3,5 до 25,0 мкм, устойчивых к высокой температуре, радиационному и ультрафиолетовому облучению, предназначенных для работы с высокотемпературными материалами и в условиях повышенного радиационного фона.

Проблема решается за счет того, что инфракрасный световод системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26, характеризующийся тем, что волокно диаметром 454,5-455,5 мкм изготовлено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих бромид-хлорид таллия состава TlCl_0,74Br_0,26 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 97,0 - 93,0;

TlCl_0,74Br_0,263,0 - 7,0.

Разработанные инфракрасные волокна предназначены для работы в средней и дальней инфракрасной области спектра, т.е. волокно прозрачно в диапазоне от 3,5 до 25,0 мкм без окон поглощения. Волокна устойчивы для работы в экстремальных условиях окружающей среды, температура которой может достигать 200°С.

Новые составы волокон, изготовленные из фото- и радиационностойких монокристаллов на основе системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26 обеспечивают высокую фотостойкость, устойчивость к ионизирующему облучению дозой до 800 кГр и повышенную твердость при сохранении пластичности. Методом компьютерного моделирования процесса экструзии волокон были подобраны оптимальные режимы получения световода и его состав.

Применение новых инфракрасных волокон для работы в экстремальных условиях окружающей среды в качестве кабеля передачи информации о тепловом потоке измеряемого объекта в инфракрасной дефектоскопии обусловлено их широким спектральным пропусканием, высокими прочностным характеристиками, стойкостью к ультрафиолетовому и ионизирующему воздействию на структуру волокна.

Инфракрасные световоды изготавливают методом экструзией (см. примеры) из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, легированные бромид-хлоридом таллия состава TlCl_0,74Br_0,26, обеспечивающие широкий спектральный диапазон прозрачности от 3,5 до 25,0 мкм с оптическими потерями до 0,4±0,02 дБ/м и устойчивость к воздействию заряженных частиц при облучении до 800 кГр (килогрей).

Пример 1

Из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75, содержащих твердые растворы бромид-хлорида таллия состава TlCl_0,74Br_0,26, изготовлен поликристаллический инфракрасный световод методом экструзии при температуре 175,0 °С и скорости экструзии 0,35±0,05 м в секунду с диаметром фильеры для волокна 454,5 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов в мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 97,0;

TlCl_0,74Br_0,26 3,0.

В результате получено волокно длиной 2,5 м. Волокно было оконцовано коннекторами SMA-905. Используя микроскоп Olympus BX 51 при 20-кратном увеличении проводили анализ подверженности рекристаллизации волокна путем наблюдения стабильности структуры боковой поверхности.

Исследование световода на устойчивость к радиационному облучению проводилось на линейном ускорителе электронов УЭЛР-10-10С. При облучении гамма частицами дозой 600 кГр оптико-механические свойства световода не изменились.

Исследование диапазона пропускания выполнялось на ИК Фурье спектрометре IR Prestige 21, Shimadzu с использованием специальной приставки с внеосевыми параболическими зеркалами для подключения ИК волокон через SMA-905. Регистрация спектров производилась в режиме фона спектрометра. Полученные спектры пропускания представлены на фиг. 1. Световод прозрачен в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм без окон поглощения (см. фиг. 1). Минимальные потери в волокне достигают 1,2±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

Пример 2

Из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75, содержащих твердые растворы бромид-хлорида таллия состава TlCl_0,74Br_0,26, изготовлен поликристаллический инфракрасный световод методом экструзии при температуре 180,0°С (градусов Цельсия) и скорости экструзии 0,30±0,05 м в секунду с диаметром фильеры для волокна 455,0 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов в мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 95,0;

TlBr_0,46I_0,54 5,0.

Как в примере 1 провели анализ подверженности рекристаллизации волокна. При гамма облучении дозой 800 кГр оптические и механические свойства световода не изменились. Волокно пропускает в диапазоне длин волн от 3,0 до 24,0 мкм без окон поглощения. Минимальные потери в волокне достигают 1,0±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

Пример 3

Методом экструзии изготовлен поликристаллический инфракрасный световод при температуре 200,0°С и скорости экструзии 0,40±0,05 м в секунду с диаметром фильеры для волокна 455,5 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов в мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 93,0;

TlCl_0,74Br_0,26 7,0.

Волокно прозрачно в диапазоне длин волн от 4,5 до 24,0 мкм без окон поглощения. При гамма облучении дозой 700 кГр оптические и механические свойства световода не изменились. Волокно пропускает в диапазоне длин волн от 3,5 до 24,5 мкм без окон поглощения. Минимальные потери в волокне достигают 1,5±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

При изготовлении поликристаллического инфракрасного волокна, имеющего состав менее 3,0 мас. % или более 7,0 мас. % бромид-хлорида таллия состава TlCl_0,74Br_0,26 в твердом растворе хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75 при диаметре волокна менее 454,5 или более 455, 5 мкм, а также при температуре ниже 175°С или выше 180°С и скорости экструзии менее 0,30±0,05 м в секунду или более 0,35±0,05 м в секунду, не удается получить однородный по структуре световод, работающий в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм без окон поглощения с минимальными оптическими потерями.

Технический результат

Технический результат изобретения заключается в том, что разработанный инфракрасный световод системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26, изготовленный из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75, содержащих твердые растворы бромид-хлорида таллия состава TlCl_0,74Br_0,26, предназначен для работы в экстремальных условиях окружающей среды в качестве кабеля передачи информации о тепловом потоке измеряемого объекта в инфракрасной дефектоскопии в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм.

Волокна, изготовленные из фото- и радиационностойких монокристаллов на основе системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26 обеспечивают высокую фотостойкость, устойчивость к ионизирующему облучению дозой до 800 кГр и повышенную твердость при сохранении пластичности.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, а именно к инфракрасным световодам предназначенные для работы в диапазоне длин волн от 3,5 до 25,0 мкм. Инфракрасный световод системы AgCl_0,25Br_0,75 - TlCl_0,74Br_0,26, характеризуется тем, что волокно диаметром 454,5-455,5 мкм изготовлено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих бромид-хлорид таллия состава TlCl_0,74Br_0,26 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: AgCl_0,25Br_0,75 97,0 93,0; TlCl_0,74Br_0,263,0 7,0. Технический результат – обеспечение высокой фотостойкости, устойчивости к ионизирующему облучению дозой до 800 кГр и повышенной твердости при сохранении пластичности. 1 ил.

Инфракрасный световод системы AgCl_0,25Br_0,75–TlCl_0,74Br_0,26, характеризующийся тем, что волокно диаметром 454,5-455,5 мкм выполнено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих бромид-хлорид таллия состава TlCl_0,74Br_0,26 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 97,0-93,0;

TlCl_0,74Br_0,26 3,0-7,0.