Виготовлення оптичних світловодів

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Конструювання » Виготовлення оптичних світловодів

Оптичні світловоди по виду використовуваного матеріалу можна розділити на волокна з неорганічного й органічного скла.

Світловоди з неорганічного скла мають високу оптичну однорідність і механічну міцність. Склад скла, яке використовується для виготовлення жили, повинно бути хімічно та технологіно сумісним.

Хімічно сумісним є скло, в яких на поверхні спікання при температурі вироботки не утворюються кристали, не порушується поверхня розділу, не утворюються бульбашки. Зазначені дефекти призводять до різкого збільшення розсіяння світла і зменшенню відбиваючої здатності на межі жила-оболонка.

Технологічно сумісним є скло, що у діапазоні температур від 20″ до температури спікання має близькі значення коефіцієнта температурного лінійного розширення, однакові значення в’язкості.

Основним неорганічним матеріалом для виготовлення світловодів є кварц (&03). Світловоди на основі кварца мають високу однорідність і прозорість у видимій та ультрафіолетовій області спектра, зарактеризуються високою механічною міцністю.

Не зважаючи на те, що досягнутий значний прогрес у виробництві оптичних волокон високої міцності з неорганічного скла, їх невелике відносне видовження при розриві обмежує діаметр волокна, виходячи з практичних вимог до радіуса вигину. Крім того, поверхню світловодів зі скла необхідно захищати від впливу зовнішнього середовища за допомогою полімерного покриття.

Полімерні оптичні волокна (ЛОВ) мають виняткову гнучкість при відносно великих діаметрах і здатність витримувати без руйнування багаторазове згинання. Так, радіус згину ПОВ діаметром 0,75 мм визначається оптичними, а не механічними властивостями. При діаметрі 1,5 мм мінімально припустимий радіус згину цих матеріалів дорівнює 8 мм. Крім того, вони мають малу щільність, гарну механічну міцність, радіаційну стійкість, є технологічними. З існуючих типів оптичних волокон найбільше відносне видовження мають полімерні волокна. Закрема, ПОВ з метилметакрилату можуть витримувати зворотні деформації на рівні 13%. У більшості крихких полімерів, таких, як поліефір, пружна деформація складає, 6%. Шляхом попередньої орієнтації молекул полімеру можна подавити ріст мікротріщин і збільшити еластичність.

Втрати енергії променя у світловоді відбуваються в основному за рахунок дмішків у склі, його неоднорідності за параметрами і геометрією. Однак вже зараз створені світловоди з втратами менше 0,5 дБ/км. Для того, щоб наочно уявити собі, що таке сучасне оптичне волокно, досить сказати, що втрати при проходженні світла на 1 км довжини такого волокна менше, ніж при проходженні світла через чисто вимите вікно.

Одножильні тверді і гнучкі скляні світловоди з оболонкою виготовляють витягуванням з розплаву пари скла або витягуванням з розм’якшеного кінця комплекту, що складається з трубки-оболонки і штабіка — жили. Витягування з розплаву пари скла здійснюється з платинового тигля, поміщеного в камерну піч 6 із силітовими нагрівачами 8. Тигель має циліндричну частину 7, оточену кільцевим простором 4, що розділений радіально направленими перегородками на секцію для скла оболонки

clip_image003Рис. 1. Установка для витягування жорстких світловодів

Кожна секція поділяється на камери перегородками, що утворюють систему сполучених посудин. Розплавлене скло перетікає тонким шаром через лабіринт перегородок, що забезпечує гарне освітлення скла. Дно тигля підігрівається нагрівачем 9. У дні маються коаксіально розташовані патрубки, з’єднані з випускними камерами секцій. Перетин цих патрубків може бути круглим, квадратним, шестигранним. Після включення нагрівана 10 скло випливає з патрубків, утворюючи «цибулину» 3; з неї безупинно за допомогою обертальних роликів 2 витягують світловод 12 заданого діаметра. Заготівлі довжиною 1,0—1,2 м відрізаються пристроєм 11 і падають у бункер-нагопичувач 1. По мірі вироблення скломаси по команді рівнеміра через завантажувальні отвори 5 у тигель додають нові порції скла у виді кубиків з розміром сторін -15 мм.

Діаметр світловодів регулюється швидкістю витягування і зміною температури в зоні вироблення. Розміри перетину світловоду контролюють при перегляді зразків у торець на мікроскопі з окуляром-мікрометром.

При витягуванні світловодів з комплекту штабік—трубка комплект 5 (рис. 2) закріплюється в цанзі 6 рухливої каретки 8 механізму подачі 9 і вводиться в піч 3 через змінну філ’єру 4.

Розм’якшений кінець комплекту 2, що постійно знаходиться в зоні нагрівання, спікається і витягується у світловод за допомогою витяжного пристрою 1, що представляє собою безперервний ланцюг із закріпленими на ньому рухливими захопленнями 10. Філ’єра закріплена в склянці 7.

clip_image005

Рис. 2. Установка для витягування світловодів з комплекту штабік — трубка

Швидкість подачі комплекту Ук і швидкість витягування світловода ус зв’язані співвідношенням

\’к/ <і \/

де <1м і йс — діаметри відповідно штабїка і світловода.

Вироблення волокна діаметром 10—50 мкм із розплаву виконуються на установці, що показана на рис. 3.

Скляна нитка 2 витягується з тигля 3, перекидається через відхиляючий ролик 1 і за допомогою розкладника 7 пошарово з кроком І намотується на обертову бобіну 8 намотувального верстата 9.

При пуску намотувального верстата або при обриві нитка заправляється в бічну канавку 4 бобіни, і після того як процес витягування стабілізується й установиться необхідний діаметр нитки, остання переводиться вручну в ролик розкладника 7 для намотування на бобіну. Переміщення розкладника походить від обертового копіру 6.1 Іроцес намотування вважається закінченим, коли волокно пошарово заповнить порожнину між щічками 5, після чого бобіну знімають з намотувального верстата.

clip_image006clip_image008

Рис. 3. Установка для вироблення гнучкого волокна

Ще одним методом формування полімерного волокна € метод екструзії (рис. 4). Полімер з розплаву 2 через центральну філ’єру 1 видавлюється під тиском у вигляді нитки 4, що обволікається матеріалом оболонки 3, що надходить через кільцеву філ’єру 5. Нитка намотується на бобіну намотувального верстата.

clip_image010

Рис. 4. Формування полімерного волокна методом екструзії

Оставьте комментарий к статье