Инфракрасный световод системы TlBr0,46I0,54 - AgCl0,25Br0,75 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 4,0 до 28,0 мкм.

Волоконные пирометры, включающие однослойные инфракрасные световоды на основе радиационностойких кристаллов системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75 прозрачных в спектральном диапазоне от 4,0 до 28,0 мкм без окон поглощения, позволяют наблюдать и измерять температуру объектов на расстоянии, что особенно полезно в работе с высокотемпературными материалами и в работе при повышенном радиационном фоне.

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.

Также 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 4,0 до 28,0 мкм, устойчивых к 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 TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75, характеризующийся тем, что волокно диаметром 524,5-525,5 мкм изготовлено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих йодид-бромид таллия состава TlBr_0,46I_0,54 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 85,0-95,0 TlBr_0,46I_0,54 15,0-5,0

Разработанные инфракрасные волокна имеют преимущества в сравнении с прототипом:

предназначены для работы в средней и дальней инфракрасной области спектра, т.е. волокно прозрачно в диапазоне от 4,0 до 28,0 мкм;

минимальные потери в волокне достигают 0,20±0,02 дБ/м на длинах волн 11-17 мкм.

Новые составы волокон, изготовленные из фото- и радиационностойких монокристаллов на основе системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75 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 с высокотемпературными материалами и в работе при повышенном радиационном фоне в качестве кабеля передачи информации на волоконный пирометр обусловлено их широким спектральным пропусканием, стойкостью к ультрафиолетовому и ионизирующему воздействию на структуру волокна, а также высокими прочностными характеристиками.

Инфракрасные световоды изготавливают методом экструзией (см. примеры) из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, легированные йодид-бромидом таллия состава TlBr_0,46I_0,54, обеспечивающие широкий спектральный диапазон прозрачности от 4,0 до 28,0 мкм с минимальными оптическими потерями и устойчивостью 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 йодид-бромидом таллия состава TlBr_0,46I_0,54, изготовлен поликристаллический инфракрасный световод методом экструзии при температуре 180,0°С (градусов Цельсия) и скорости экструзии 0,25±0,05 м в секунду с диаметром фильеры для волокна 524,5 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 94,8 TlBr_0,46I_0,54 5,2

В результате получено волокно длиной 3,5 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 26,5 мкм без окон поглощения (см. фиг. 1). Минимальные потери в волокне достигают 0,50±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

Пример 2

Методом экструзии изготовлен поликристаллический инфракрасный световод при температуре 170,0°С (градусов Цельсия) и скорости экструзии 0,30±0,05 м в секунду с диаметром фильеры для волокна 525,0 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 90,0 TlBr_0,46I_0,54 10,0

Как в примере 1 провели анализ подверженности рекристаллизации волокна. Волокно было подвержено ионизирующему облучению дозой 700 кГр без изменения оптико-механических свойств, что подтверждает устойчивость световода к воздействию заряженных частиц. Поликристаллическое волокно прозрачно в диапазоне длин волн от 4,0 до 26,5 мкм без окон поглощения. Минимальные потери в волокне достигают 0,20±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

Пример 3

Из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75, содержащих твердые растворы йодид-бромидом таллия состава TlBr_0,46I_0,54, 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 525,5 мкм. Состав волокна при следующем соотношении ингредиентов в мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 85,2 TlBr_0,46I_0,54 14,8

При гамма облучении дозой 800 кГр оптические и механические свойства световода не изменились. Волокно пропускает в диапазоне длин волн от 4,0 до 28,0 мкм без окон поглощения. Минимальные потери в волокне достигают 0,50±0,02 дБ/м на длине волны 11-17 мкм.

При изготовлении инфракрасного световода, имеющего состав менее 5,2 мас. % или более 14,8 мас. % йодид-бромида таллия состава TlBr_0,46I_0,54 в твердом растворе хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75 при диаметре волокна менее 524,5 или более 525,5 мкм, а также при температуре ниже 170°С или выше 180°С и скорости экструзии менее 0,25±0,05 м в секунду или более 0,30±0,05 м в секунду, не удается получить однородное по структуре волокно, работающего в диапазоне длин волн от 4,0 до 28,0 мкм без окон поглощения с минимальными оптическими потерями.

Технический результат

Технический результат изобретения заключается в том, что разработанный инфракрасный световод системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75, изготовленный из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра состава AgCl_0,25Br_0,75, содержащих твердые растворы йодид-бромидом таллия состава TlBr_0,46I_0,54, предназначен для работы с высокотемпературными материалами и в работе при повышенном радиационном фоне в качестве кабеля передачи информации на волоконный пирометр в диапазоне длин волн от 4,0 до 28,0 мкм.

Волокна, изготовленные из фото- и радиационностойких монокристаллов на основе системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75 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, предназначенным для работы в диапазоне длин волн от 4,0 до 28,0 мкм. Инфракрасный световод системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75 характеризуется тем, что волокно диаметром 524,5-525,5 мкм изготовлено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих йодид-бромид таллия состава TlBr_0,46I_0,54 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: AgCl_0,25Br_0,75 85,0-95,0; TlBr_0,46I_0,54 15,0-5,0. Технический результат изобретения заключается в том, что разработанный инфракрасный световод предназначен для работы с высокотемпературными материалами и в работе при повышенном радиационном фоне в качестве кабеля передачи информации на волоконный пирометр в диапазоне длин волн от 4,0 до 28,0 мкм. 1 ил.

Инфракрасный световод системы TlBr_0,46I_0,54 - AgCl_0,25Br_0,75, характеризующийся тем, что волокно диаметром 524,5-525,5 мкм изготовлено из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, дополнительно содержащих йодид-бромид таллия состава TlBr_0,46I_0,54 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

AgCl_0,25Br_0,75 85,0-95,0 TlBr_0,46I_0,54 15,0-5,0