Разработка составов и технологии получения стекол для защитной оболочки жесткого оптического волокна

Разработка составов и технологии получения стекол для защитной оболочки жесткого оптического волокна

ВОИ состоят из жесткое оптическое волокно, которое представляет собой систему, состоящую из световедущей жилы, светоотражающей и защитной оболочек. Световедущая жила служит для передачи световой энергии путем полного внутреннего отражения светового луча. Светоотражающая оболочка в оптическом волокне выполняет две основные функции: предупреждает потери световой энергии, распространяющейся вдоль волокна при отражении от поверх-ности раздела «световедущая жила‒светоотражающая оболочка», и служит опти-ческой изоляцией единичного волокна в пучке оптических волокон. Защитная, окрашенная, оболочка служит для предупреждения нежелательного попадания све-тового луча из светоотражающей оболочки в соседний световод или окружающую среду.

В Республике Беларусь производство волоконно-оптических изделий осуществляется на ОАО «Завод «Оптик». Существенной проблемой данного производства является низкий выход годной продукции, что связано главным образом с нарушением геометрии волокна, и как следствие снижение чистоты поля зрения ВОИ. Поэтому актуальным является повышение качества продукции, в том числе за счет совершенствования составов стекол.

На рисунке представлена структура многожильного волокна. На снимке приведена структура волокна с выдержанной геометрией и высокой чистотой поля зрения. При высокой чистоте поля зрения многожильные волокна приобретают правильную гексагональную форму. При нарушении геометрии волокна снижается чистота поля зрения и это ограничивает область применения ВОИ, либо приводит к браку.

Существенное влияние на чистоту поля зрения оказывают состав и свойства для защитной оболочки оптического волокна. Поэтому целью настоящей работы и является разработка составов стекол для защитной оболочки жесткого оптического волокна. Стекла для оптического волокна должны быть согласованы по реологическим, термическим и оптическим свойствам и иметь низкую кристалли-зационную способность.

В качестве основы для разработки стекол защитной оболочки оптического волокна нами выбрана система Na2O−K2O−B2O3−SiO2. При выборе составов стекол использовали метод планирования эксперимента (планы Шеффе) при этом варьировалось содержание: SiO2 (67,5−72,5), B2O3 (10−15), Na2O (7,5−12,5), K2O (5−10), при постоянном содержании компонентов, мол. %: Al2O3 2; СаО 2; ВаО 1, а также комбинации красителей Fe2O3+TiO2 (0−5) в соотношении 1:1.

Составы стекол многокомпонентны. В этом случае исследуются частные сече-ния многокомпонентной системы. Использование метода планирования экспе-римента позволяет провести исследования частных сечений системы и оценить влияние компонентов SiO2, B2O3, Na2O, K2O, а также комбинации красителей Fe2O3+TiO2 на свойства стекол.

При разработке составов стекол для защитной оболочки жесткого оптического волокна необходимо обеспечить его согласование по показателю ТКЛР со стеклом для световедущей жилы.

По результатам данных по ТКЛР установлено, что показатели ТКЛР опытных стекол изменяются в пределах от 57,9∙10-7 К-1 до 80,3∙10-7 К-1. Закономерно существенное влияет на показатели ТКЛР повышение содержания оксидов щелочных металлов. Введение красителей Fe2O3+TiO2 существенно снижают показатели ТКЛР (показать графики). Влияние B2O3 на показатели ТКЛР зависит от содержания оксидов щелочных металлов. По данным инфракрасной спектроскопии, в структуре стекол независимо от соотношения (Na2O+K2O)/B2O3 присутствует [ВО3], что указывает на наличие полосы поглощения при 1400 см-1. С уменьшением данного соотношения интенсивность полосы поглощения возрастает. Изменение соотношения группировок [ВО3] и [ВО4] сказывается в структуре стекол на характере изменения свойств (в частности ТКЛР) от химического состава. Зависимости является нелинейным (графики показать).

Для