RU2506615C1 - Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды - Google Patents
Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506615C1 RU2506615C1 RU2012128765/28A RU2012128765A RU2506615C1 RU 2506615 C1 RU2506615 C1 RU 2506615C1 RU 2012128765/28 A RU2012128765/28 A RU 2012128765/28A RU 2012128765 A RU2012128765 A RU 2012128765A RU 2506615 C1 RU2506615 C1 RU 2506615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diameter
- fiber
- solid solution
- core
- silver bromide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к инфракрасным световодам с большим диаметром поля моды. Световод включает сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке. Сердцевина диаметром 98-112 мкм выполнена из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-йодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54), при следующем соотношении компонентов, мас.%: бромид серебра - 91,0-61,0; твердый раствор (TlBr0,46I0,54) - 9,0-39,0. В оболочке расположены стержни диаметром 42-48 мкм на расстоянии 70-80 мкм между их центрами при следующем соотношении компонентов их состава, мас.%: бромид серебра - 92,0-64,5; твердый раствор (TlBr0,46I0,54) - 8,0-35,5. Технический результат - обеспечение работы на длине волны 10,6 мкм, обеспечение распространения только одной моды низшего порядка в пределах фундаментальной запрещенной зоны.
Description
Изобретение относится к инфракрасным (ИК) световодам с большим диаметром поля моды, которые востребованы для изготовления волоконных лазеров и сенсоров, усилителей, волоконно-оптических кабелей среднего и дальнего ИК-диапазона спектра, предназначенных для молекулярного анализа в различных областях техники.
Распространение излучения в одномодовом световоде сосредоточено в малом диаметре сердцевины на большой длине световода. Это приводит к возрастанию нелинейно-оптических эффектов и искажению спектра импульса. Нелинейность световода можно снизить за счет увеличения диаметра поля моды и уменьшения длины световода [Семенов С.Л., Егорова О.Н., Косолапов А.Ф. и др. Световоды с фотонной запрещенной зоной и большим диаметром поля моды. Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2009. №6. С.25-26].
Известны наноструктурные кристаллические световоды с фундаментальными оптическими потерями на длинах волн 7-12 мкм [Бутвина Л.Н., Бутвина А.Л., Дианов Е.М., Загороднев В.Н., Личкова Н.В. Наноструктурные кристаллические световоды с фундаментальными оптическими потерями на длинах волн 7-12 мкм. Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2011. №6. С.204-205]. Диаметр наноструктурного световода 500 мкм, длина 20 м, состав 50AgCl - 50AgBr. Но этот световод является многомодовым.
Известны нано- и микрокристаллические ИК-световоды на основе кристаллов твердых растворов Ag1-xTlxBr1-yIy; Ag1-xTlxClyIzBr1-y-z [Чазов А.И., Жукова Л.В., Корсаков А.С., Врублевский Д.С., Корсакова Е.А. Исследование и разработка нано- и микрокристаллических ИК-световодов. Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2011. №6. С.200-201]. Но авторы не указывают структуру световода, т.е. отношение диаметра вставок (стержней) к расстоянию между ними, а также их связь с размером поля моды. Кроме того, не указаны фундаментальные характеристики световода - числовая апертура, диаметр поля моды, разность показателей преломления материалов вставок (стержней) и матрицы.
Наиболее близким техническим решением является световод с фотонной запрещенной зоной и большим диаметром поля моды [Семенов С.Л., Егорова О.Н., Косолапов А.Ф. и др. Световоды с фотонной запрещенной зоной и большим диаметром поля моды. Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2009. №6. С.25-26]. Оболочка световода состоит из кварцевого стекла, в котором расположены в гексагональном порядке стержни из легированного кварцевого стекла, а сердцевина, как и оболочка, состоит только из чистого кварцевого стекла. Для получения большого диаметра поля моды авторы использовали отношение (менее 0,4) диаметра стержней (элементов) оболочки (d) к расстоянию между ними (Δ). Это позволяет получать малую числовую апертуру сердцевины при большом диаметре поля моды. Но такие световоды работают в ближнем ИК-диапазоне спектра, т.е. от 0,8 до 1,6 мкм (см. рис.2 [Семенов С.Л., Егорова О.Н., Косолапов А.Ф. и др. Световоды с фотонной запрещенной зоной и большим диаметром поля моды. Научно-технический журнал «Фотон-Экспресс». 2009. №6. С.25-26]).
Задачей изобретения является получение инфракрасных световодов для работы на длине волны 10,6 мкм с большим диаметром поля моды, сердцевина и оболочка которых изготовлены из кристаллов на основе AgBr, содержащего твердый раствор (TlBr0,46I0,54), а стержни выполнены из тех же кристаллов, но другого состава.
Поставленная задача решается за счет того, что инфракрасный световод с большим диаметром поля моды имеет сердцевину диаметром 98-112 мкм, изготовленную из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-йодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| бромид серебра | 91,0-61,0 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 9,0-39,0 |
а в оболочке, выполненной из тех же кристаллов и того же химического состава, расположены стержни диаметром 42-48 мкм на расстоянии 70-80 мкм между их центрами и состава при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| бромид серебра | 92,0-64,5 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 8,0-35,5 |
В световодах такой структуры и состава распространяется только одна мода низшего порядка в пределах фундаментальной запрещенной зоны.
Преимущества перед прототипом:
1. Новый световод предназначен для работы на длине волны 10,6 мкм (CO2-лазер), а в прототипе - от 0,8 до 1,6 мкм.
2. Новая структура световода, а именно стержни диаметром от 42 до 48 мкм, расположенные в оболочке на расстоянии между их центрами от 70 до 80 мкм, позволяет получать большой диаметр поля моды - 98-112 мкм - при сохранении одномодового режима работы.
3. Благодаря определенным химическим составам сердцевины, оболочки и расположенных в оболочке стержней режим работы световода является полностью одномодовым в пределах фундаментальной запрещенной зоны.
Пример 1
Для работы на длине волны 10,6 мкм изготовили ИК-световод с диаметром сердцевины 98 мкм состава, мас.%:
| бромид серебра | 91,0 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 9,0 |
Оболочка световода имеет тот же состав. В нее помещены в гексагональном порядке стержни диаметром 42 мкм на расстоянии между их центрами 70 мкм, которые изготовлены из кристаллов состава, мас.%:
| бромид серебра | 92,0 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 8,0 |
Отношение диаметра стержней к расстоянию между их центрами составляет 
. Разность показателей преломления между сердцевиной и вставками составляет Δn=0,006. Числовая апертура NA=0,12, угол ввода электромагнитного излучения в световод - 14° при нормализованной частоте V=1,95. Проведена съемка торца световода; излучение на выходе из сердцевины имеет вид гауссовской функции, что указывает на распространение одной фундаментальной моды, т.е. подтверждает одномодовый режим работы световода на длине волны 10,6 мкм.
Пример 2
Методом экструзии изготовили световод с диаметром сердцевины 105 мкм. Сердцевина и оболочка имеют состав, мас.%:
| бромид серебра | 78,0 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 22,0 |
В оболочку помещены стержни диметром 45 мкм на расстоянии между их центрами 75 мкм и состава, мас.%:
| бромид серебра | 79,7 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 20,3 |
Фундаментальные характеристики световода следующие: Δn=0,005, NA=0,11, угол ввода в световод - 13° при V=2,11, и отношение диаметра стержней к расстоянию между их центрами составляет 
. Световод работает на длине волны 10,6 мкм; в нем распространяется одна мода низшего порядка, что подтверждает одномодовый режим работы.
Пример 3
Получен световод с диаметром сердцевины 112 мкм для работы на длине волны 10,6 мкм. Сердцевина имеет следующий состав, мас.%:
| бромид серебра | 61,0 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 39,0 |
Оболочка, представленная кристаллической матрицей такого же состава, что и сердцевина, в которой в гексагональном порядке размещены стержни диаметром 48 мкм с расстоянием в 80 мкм между их центрами. Стержни имеют состав, мас.%:
| бромид серебра | 64,5 |
| твердый раствор (TlBr0,46I0,54) | 35,5 |
Световод обладает следующими фундаментальными характеристиками:
разность показателей преломления Δn=0,003, числовая апертура NA=0,10, угол ввода в световод - 13° при V=2,20. Отношение диаметра стержней к расстоянию между их центрами составляет 
. При съемке торца световода электромагнитное излучение в поперечном его сечении подчиняется гауссовскому закону распределения энергии, что подтверждает одномодовый режим работы кристаллического ИК-световода.
При изготовлении ИК-световода с составом сердцевины и оболочки менее 9 мас.% или более 39 мас.% твердого раствора (TlBr0,46I0,54) в бромиде серебра, а также при изготовлении стержней диаметром менее 42 мкм или более 48 мкм и расстоянием между их центрами менее 70 мкм или более 80 мкм и составом соответственно менее 8 мас.% или более 35,5 мас.% твердого раствора (TlBr0,46I0,54) в бромиде серебра не удается достигнуть одномодового режима работы ИК-световода.
Технический результат позволяет получать инфракрасный световод с большим диаметром поля моды (98-112 мкм), который достигается за счет размещения в матрице определенного состава стержней, имеющих другой состав и диаметр 42-48 мкм с расстоянием в 70-80 мкм между их центрами. Благодаря такой структуре и можно получать малую числовую апертуру сердцевины при большом диаметре поля моды. ИК-световод является одномодовым при работе на длине волны 10,6 мкм (CO2-лазер) в пределах фундаментальной запрещенной зоны.
Claims (1)
- Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды, включающий сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке, отличающийся тем, что сердцевина световода диаметром 98-112 мкм выполнена из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-йодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
бромид серебра 91,0-61,0 твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 9,0-39,0
а в оболочке, выполненной из тех же кристаллов и того же химического состава, расположены стержни диаметром 42-48 мкм на расстоянии 70-80 мкм между их центрами и состава при следующем соотношении компонентов, мас.%:
бромид серебра 92,0-64,5 твердый раствор (TlBr0,46I0,54) 8,0-35,5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128765/28A RU2506615C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128765/28A RU2506615C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012128765A RU2012128765A (ru) | 2014-01-20 |
| RU2506615C1 true RU2506615C1 (ru) | 2014-02-10 |
Family
ID=49944783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012128765/28A RU2506615C1 (ru) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2506615C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708900C1 (ru) * | 2019-02-15 | 2019-12-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения волоконных сборок на основе поликристаллических инфракрасных световодов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005109054A2 (en) * | 2004-04-22 | 2005-11-17 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Fused array preform fabrication of holey optical fibers |
| RU2340920C1 (ru) * | 2007-08-23 | 2008-12-10 | Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод |
| US7841213B2 (en) * | 2003-02-12 | 2010-11-30 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Method of manufacturing photonic crystal fiber using structure-indicating rods or capillaries |
| RU2413257C2 (ru) * | 2009-02-24 | 2011-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод |
-
2012
- 2012-07-09 RU RU2012128765/28A patent/RU2506615C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7841213B2 (en) * | 2003-02-12 | 2010-11-30 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Method of manufacturing photonic crystal fiber using structure-indicating rods or capillaries |
| WO2005109054A2 (en) * | 2004-04-22 | 2005-11-17 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Fused array preform fabrication of holey optical fibers |
| RU2340920C1 (ru) * | 2007-08-23 | 2008-12-10 | Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод |
| RU2413257C2 (ru) * | 2009-02-24 | 2011-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708900C1 (ru) * | 2019-02-15 | 2019-12-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения волоконных сборок на основе поликристаллических инфракрасных световодов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012128765A (ru) | 2014-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9570876B2 (en) | Combined supercontinuum source | |
| Hindle et al. | Inscription of long-period gratings in pure silica and germano-silicate fiber cores by femtosecond laser irradiation | |
| Conseil et al. | Chalcogenide step index and microstructured single mode fibers | |
| RU2506615C1 (ru) | Инфракрасный световод с большим диаметром поля моды | |
| Jain et al. | High power mid-infrared fiber based supercontinuum sources: current status and future perspectives | |
| Millo et al. | Single-mode index-guiding photonic crystal fibers for the middle infrared | |
| Pakarzadeh et al. | Raman spectra of a PMMA microstructured optical fibre and direct measurement of its gain coefficient | |
| Yuzhakova et al. | Photonic Crystal Fiber Modeling with Different Inserts Rings based on Crystal System AgBr-TlI | |
| RU2816746C1 (ru) | Двухслойный галогенидсеребряный инфракрасный световод | |
| RU2340921C1 (ru) | Одномодовый кристаллический инфракрасный световод | |
| Donko et al. | Point-by-point inscription of Bragg gratings in a multicore fibre | |
| Leonov et al. | High-order modes supercontinuum generation in a large-core photonic crystal fiber | |
| Shabahang et al. | Low threshold supercontinuum generation in highly nonlinear robust step-index chalcogenide nanotapers | |
| Heck et al. | Femtosecond laser pulse written Long Period Gratings in large mode area fibers | |
| Hao et al. | Exposed antiresonant nodeless hollow core photonic crystal fiber for fast-response gas sensing | |
| Cavanna et al. | Photonic crystal fiber designs for third-harmonic and photon triplet generation | |
| Rahman et al. | Polarization beam splitter on metal nanowires filled micro-structured optical fiber | |
| Alagashev et al. | Resonant loss reduction of high-order modes in all solid band gap fibers | |
| RU2583892C1 (ru) | Способ изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента (воэ) и воэ, полученный на основе этого способа | |
| Butvina | Mid-infrared microstructured fibers and channel waveguides, based on halides crystals and their applications | |
| Du Jeu et al. | Single-polarization large-mode-area fibre at 1030nm and 1550nm | |
| Butvina et al. | Single-mode photonic crystal fiber for the middle infrared | |
| Denisov et al. | All-glass single-mode microstructured optical fibers with a large mode area and low bending losses | |
| Cook et al. | Bragg gratings in the germanium-doped cladding rings of a Yb 3+-doped solid bandgap fibre | |
| Benabid | Hollow-core photonic crystal fibre based Raman lasers |