Способ получения волоконных световодов Советский патент 1992 года по МПК C03B37/00 

так и примеси, содержащиеся в нем. Источником загрят .имя служат недостаточно чистые нелетучие соединения легирующих элементов, так как для нелетучих веществ не разработаны достаточно эффективные методы разделения. В данном методе трудно воспроизводить содержание легирующей добавки в конечном продукте, так как кбличество введенной в стекло добавки зависит не только от исходной ее концентрации в растворе, но и от таких трудно контролируемых параметров как плотность и удельная площадь поверхности пористого стекла, распределения частиц стекла по размерам, соотношения открытых и закрытых пор.

От указанных выше недостатков свободен метод легирования кварцевого стекла окислением соединений редкоземельных элементов в паровой фазе. В этом способе исходные вещества для получения легированного кварцевого стекла испаряются в потоке газа-носителя и переносятся по нагретым трубопроводам в зону реакции. Реакционной зоной может быть нагретая кварцевая трубка, пламя горелки, плазменная струя. В реакционной зоне исходные вещества окисляются и паровой фазе, а сконденсировавшиеся частицы оксидов осаждаются на подложче, образуя гпристое стекло Подложкой может бы . L. стенка кварцевой трубки, боковая поверхность или торец затравочного стержня Пористое стекло переводят в прозрачное зонным сплав/1 ением.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения волоконных световодов гидролизом SiCU с легирующими добавками, которыми являются р -дикетонаты редкоземельных элементов, в пламени горелки, сушкой и спеканием полученной пористой заготовки с последующим вытягиванием из нее волоконного световода (3).

Недостатком способа является достаточно высокие дополнительные оптические потери в световоде, что ограничивает область их практического применения. Объясняется это тем, что р -дикетонаты редкоземельных элементов практически невозможно очищать традиционными методами до такого содержания примесей переходных металлов, которые вносили бы незначительные загрязнения в кварцевое стекло и тем самым не увеличивали оптические потери в световоде. Так, содержание примесей переходных металлов вр-дике- тонатах составляет мас.%, в полученном кварцевом стекле 10 мас.%, и дополнительные оптические потери в световоде на 0,85 мкм 3-5 дБ/км, при уровне легирования оксидом РЗЭ 10 вес,%.

Очистить р -дикетонаты редкоземельных элементов до более низкого содержания примесей переходных металлов не представляется возможным ввиду их специфической природы, р -дикетонаты редкоземельных элементов - это твердые, устойчивые на воздухе вещества, возгоняющиеся при нагревании, Традиционным методом очистки таких веществ является сублимация, но эффективность ее низка.

Целью изобретения является снижение дополнительных оптических потерь в световоде.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения волоконных световодов гидролизом SiCU легирующими добавками летучих соединений редкоземельных

элементов в пламени горелки сушкой и спеканием полученной пористой заготовки с последующим вытягиванием из нее волоконного световода в качестве легирующих добавок используют замещенные циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов, предварительно очищенные ректификацией при 190-210°С. Очистка ректификацией при 190-210°С позволяет получить циклопентадиенильные

соединения редкоземельных элементов с содержанием примесей переходных металлов на уровне мае %. Используя замещенные циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов с таким

содержанием примесей с качестве пегирую- щей добавки, получают волоконные световоды без дополнительных потерь за счет примесей переходных металлов.

Циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов - жидкости, которые можно очищать методом ректификации. Температура, при которой проводят очистку ректификацией а именно 190 210°С. была подобрана экспериментально и, как показали

опыты, является наиболее оптимальной для достижения цели изобретения При температуре ниже 190° и выше 210°С ректификация обеспечивает очистку этих соединений только до уровня содержания примесей переходных металлов 1 мас.%.

Использование циклопентадиенильных соединений редкоземельных элементов с содержанием примесей переходных металлов на уровне 1 -10 мас.% в качестве легирующей добавки при изготовлении активных световодов повышает дополнительные оптические потери в световоде до 1-42 дБ/км на 0,85 мкм, что ограничивает область их практического применения.

П р и м е р 1. В пламя кислородно-водородной горелки вводят высокочистый SiCM в смеси с легирующей добавкой - три (изо- пропилциклопентадиенил)эрбием,который был предварительно очищен ректифика- цией при 190°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в нем 5 -10 мас.%. В пламени горелки образуются частицы оксидов кремния и эрбия, которые осаждаются на торец вращающегося затравочного стержня, формируя цилиндрическую пористую заготовку. Пористую заготовку осушают в атмосфере хлора при 1000°С, спекают до стеклообразного состояния при 1500°С в вакууме с достаточным давлением 1 мм рт.ст. с последующим вытягиванием из заготовки, изготовленной методом штабик в трубке волоконного световода. Отражающую оболочку световода наносят методом MCVD. Дополнительные оптические потери в световоде на длине волны 0,85 мкм за счет примесей переходных металлов менее 0,5 дБ/км.

П р и м е р 2. Условия опыта, как в примере 1, только три(изопропилциклопен- тадиенил) эрбия был очищен ректификацией при пониженном давлении при 210°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в нем 5 мас.%. Дополнительные потери в световоде составляют менее 0,5 дБ/км на длине волны 0,85 мкм.

П р и м е р 3. Условия опыта, как в примере 1, только (изопропилциклопентадиенил) эр- бия был очищен при 185°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в нем 1 10 мас.%. Минимальные дополнительные оптические потери в световоде составляют 1-2 дБ/км на 0,85 мкм.

П р и м е р 4. Условия опыта, как в примере 1,только три(изопропилциклопентадиенил) эрбий был очищен ректификацией при 215 °С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в нем 2 -10 мас.%. Дополнительные потери в световоде составляют 1-2 дБ/км на длине волны 0,85 мкм.

П р и м е р 5. Условия опыта, как в примере 1, только в качестве легирующей добавки используют три (изопропилциклопентадиенил) иттербий, предварительно очищенный ректификацией при 200°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в нем 5 -10 мас.%. Минимальные дополнительные оптические потери в световоде составляют 0.5 дБ/км на длине волны 0,85 мкм.

П р и м е р 6. Условия опыта, как в примере 1, в качестве легирующей добавки используют три (изопропилциклопентадиенил) иттербий, предварительно очищенный ректификацией при 185°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в н ем 2 10 мас.%. Дополнительные потери в световоде составляют 0,5-2 дБ/км на длине волны 0,85 мкм.

Пример. Условия опыта, как в примере 1, только в качестве легирующей добавки используют смесь три (изопропил- циклопентадиенил)эрбия и три(циклопента- диенил) иттербия, каждое вещество очищено ректификацией при 190°С. По данным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в каждом из этих соединений 5 мас.%. Дэполни- тельные потери в световоде составляют 0.5 дБ/км на длине волны 0,85 мкм.

ПримерЗ. Условия опыта, как в примере 1, в качестве легирующей добавки используют смесь три(изопропилциклолен- тадиенил) эрбия и три(изопропилциклопен- тадиенил)иттербия, каждое вещество очищают ректификацией при 215 °С. Поданным спектрального анализа содержание примесей переходных металлов в каждом из этих соединений 2 10 мас.%. Дополнительные оптические потери в световоде составляют 1-2 дБ/км на длине волны 0.85 мкм.

Кроме приведенных выше легирующих добавок, могут быть использованы такие соединения. кактри(изопропилциклопентадиенил)диспрозий, три(изопропилциклопентадиенил) церий и другие циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов с изопропильными заместителями.

Данные примеров приведены в таблице.

Из таблицы видно, что световоды с наименьшими оптическими потерями получают только в том случае, когда легирующие добавки, в качестве которых используют замещенные циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов предварительно очищают ректификацией при 190-210°С (примеры 1.2,5 и 7). При незначительном повыше- нии или уменьшении температуры ректификации не обеспечивается достаточная эффективность очистки этих соединений что приводит к резкому, в 3-5 раз повышению минимальных дополнительных потерь в световоде (примеры 3.4.6.8), т.е. эти условия являются необходимыми и достаточными для осуществления цели изобретения

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет снизить дополнительные потери в активных световодах в 3-5 раз. Формула изобретения Способ получения волокнистых световодов путем гидролиза SiCU с легирующими добавками летучих соединений редкоземельных элементов в пламени кислородно- водородной горелки, сушки, спекания

получаемой пористой заготовки и оследу- ющего вытягивания из нее волоконного световода, отличающийся тем, что, с целью снижения дополнительных оптических потерь в световоде, в качестве легирующей добавки используют замещенные циклопентадиенильные соединения редкоземельных элементов, предварительно очищенные ректификацией при 190-210°С.

Использование: в волоконной оптике Сущность изобретения: получают волоконные световоды гидролизом SiCU с легирующими добавками летучих соединений редкоземельных элементов в пламени кислородно-водородной горелки. В качестве легирующей добавки используют з.чмещен- ные циклопентадиенильные соединэния редкоземельных элементов предварительно очищенные ректификацией при 19С-210°С 1 табл. чается в следующем Сначала плгменным гидролизом тетрахлорида кремния либо его окислением внутри кварцевой труэы получают на подложке осадок пористсго кварцевого стекла Затем пористое кварцевое стекло пропитывают раствором соединения легирующего элемента, растворитепь отгоняют, соединение переводят в оксид, который сплавляется с пористым кварцевым стеклом с образованием прозрачного легированного кварцевого стекла. Подобным способом получают юлокон- ные световоды на основе кварцевого стекла, легированного оксидами редкоземельных элементов (2). Недостатком метода пропитки является использование растворителя, который является источником загрязнения кварцевого стекла, Загрязнить кварцевое стекло можег как сам растворитель, адсорбирующийся на большой поверхности пористого материала. XI О О 00 сл

Избыточные потери за счет примесей переходных металлов в различных образцах световодов