RU2650787C1 - Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber - Google Patents
Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650787C1 RU2650787C1 RU2017103065A RU2017103065A RU2650787C1 RU 2650787 C1 RU2650787 C1 RU 2650787C1 RU 2017103065 A RU2017103065 A RU 2017103065A RU 2017103065 A RU2017103065 A RU 2017103065A RU 2650787 C1 RU2650787 C1 RU 2650787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- fluoropolymer
- fiber
- optical fiber
- protective
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000004446 fluoropolymer coating Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 239000002966 varnish Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 33
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoroethylene Chemical group FC(F)=C(F)Cl UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims abstract description 21
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims abstract description 20
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 14
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 10
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 5
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920006370 Kynar Polymers 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- YSYRISKCBOPJRG-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxole Chemical compound FC1=C(F)OC(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)O1 YSYRISKCBOPJRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M acrylate group Chemical group C(C=C)(=O)[O-] NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002168 ethanoic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 150000002221 fluorine Chemical class 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 229940119177 germanium dioxide Drugs 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000006459 hydrosilylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
Abstract
Description
Настоящие изобретения относятся к волоконно-оптическим технологиям, в частности к оптическим волокнам, в структуре световедущей части которых сформированы брэгговские решетки.The present invention relates to fiber optic technologies, in particular to optical fibers, in the structure of the light guide part of which Bragg gratings are formed.
Известно оптическое волокно для записи брэгговской решетки [D.S. Starodubov, V. Grubsky, J. Feinberg, В. Kobrin, and S. Juma. Bragg grating fabrication in germanosilicate fibers by use of near-UV light: a new pathway for refractive-index changes. Optics Letters. 1997, Vol. 22, 14, стр. 1086-1088], представляющее собой световедущую кварцевую часть с фоторефрактивной сердцевиной и нанесенным на нее защитным полимерным покрытием, поглощающим на длине волны излучения лазера в ближней и средней УФ области спектра. Запись брэгговской решетки в сердцевину такого оптического волокна осуществляют после предварительного удаления защитного полимерного покрытия. Процедура связана с тем, что данное полимерное покрытие обладает низкой пропускаемостью в УФ спектральном диапазоне, т.к. содержит ненасыщенные связи в молекулярной структуре, например карбонильную группу, или ароматические кольца, которые способны поглощать излучение, или покрытие обладает высокой долей кристаллических образований, которые, в свою очередь, способны рассеивать излучение. Облучение такого полимерного покрытия оптических волокон приводит к его деструкции и, как следствие, снижению прочностных свойств световода. Недостатком механического снятия полимерной оболочки оптического волокна перед записью брэгговских решеток является снижение прочности кварцевой части волокна и требует стадии нанесения дополнительной защиты, что снижает технологичность процесса.Known optical fiber for recording the Bragg grating [D.S. Starodubov, V. Grubsky, J. Feinberg, B. Kobrin, and S. Juma. Bragg grating fabrication in germanosilicate fibers by use of near-UV light: a new pathway for refractive-index changes. Optics Letters. 1997, Vol. 22, 14, pp. 1086-1088], which is a light-guiding quartz part with a photorefractive core and a protective polymer coating deposited on it, absorbing at the laser radiation wavelength in the near and middle UV spectral range. The Bragg grating is recorded in the core of such an optical fiber after preliminary removal of the protective polymer coating. The procedure is connected with the fact that this polymer coating has low transmittance in the UV spectral range, because contains unsaturated bonds in the molecular structure, for example, a carbonyl group, or aromatic rings that are capable of absorbing radiation, or the coating has a high proportion of crystalline formations, which, in turn, are capable of scattering radiation. Irradiation of such a polymer coating of optical fibers leads to its destruction and, as a result, to a decrease in the strength properties of the fiber. The disadvantage of mechanical removal of the polymer sheath of the optical fiber before recording Bragg gratings is a decrease in the strength of the quartz part of the fiber and requires the stage of applying additional protection, which reduces the manufacturability of the process.
Известно оптическое волокно для записи брэгговской решетки, где нанесенное на него защитное полимерное покрытие перед записью удаляют химическим способом, что ограничено использованием едких и токсичных реактивов, например кислот, повышенными температурами и длительностью процесса [М.J. Matthewson, С.R. Kurkjian, and J.R. Hamblin. Acid stripping of fused silica optical fibers without strength degradation. Journal of lightwave technology, Vol. 15 (3), 1997, стр. 490-497].An optical fiber is known for recording the Bragg grating, where the protective polymer coating applied to it is removed by chemical means before recording, which is limited by the use of caustic and toxic reagents, for example acids, by elevated temperatures and the duration of the process [M.J. Matthewson, C.R. Kurkjian, and J.R. Hamblin. Acid stripping of fused silica optical fibers without strength degradation. Journal of lightwave technology, Vol. 15 (3), 1997, pp. 490-497].
Известно оптическое волокно с брэгговскими решетками, сформированными в процессе вытяжки до стадии нанесения полимерного покрытия [L. Dong, J.L. Archambault, L. Reekie, St. P.J. Russell, and D.N. Payne. Single pulse Bragg gratings written during fibre drawing. Electronics Letters, 1993, 29, (17), 1577-1578; C.G. Askins, M.A. Putman, G.M. Williams, E.J. Friebele. Stepped-wavelength optical-fiber Bragg grating arrays fabricated in line on a draw tower. Opt Lett. 1994, 19(2), 147-149]. Недостатком такого волокна является относительно небольшая ширина спектра отражения на полувысоте и невысокий коэффициент отражения полученных брэгговских решеток, что связано с одноимпульсной экспозицией оптического волокна во время процесса его вытяжки.Known optical fiber with Bragg gratings formed in the drawing process to the stage of applying the polymer coating [L. Dong, J.L. Archambault, L. Reekie, St. P.J. Russell, and D.N. Payne Single pulse Bragg gratings written during fiber drawing. Electronics Letters, 1993, 29, (17), 1577-1578; C.G. Askins, M.A. Putman, G.M. Williams, E.J. Friebele. Stepped-wavelength optical-fiber Bragg grating arrays fabricated in line on a draw tower. Opt Lett. 1994, 19 (2), 147-149]. The disadvantage of such a fiber is the relatively small width of the reflection spectrum at half maximum and the low reflection coefficient of the resulting Bragg gratings, which is associated with single-pulse exposure of the optical fiber during its drawing process.
Известен способ получения защитного покрытия оптического волокна, предназначенного для записи брэгговской решетки, которое представляет собой углеродное покрытие толщиной в десятки нанометров [Y. Li, D.J. Kudelko, A.S. Hokansson, D.A. Simoff, A.A. Stolov, J. Ng and J. Mann. Bragg gratings in carbon coated optical fibers and their potential sensor applications in harsh environment. Proc. SPIE 9157, 23rd International Conference on Optical Fibre Sensors, 91573X, 2014; Патент США 20150285993 A1. 2015, МПК C03B 37/025, C03B 37/029, C03B 37/03, C03C 23/00, C03C 25/10, G02B 6/02, G02B 6/036]. Указанное покрытие получают путем сложной технологии химического парофазного осаждения углеродных слоев за счет пиролиза углеводородов, что ограничивает широкое применение таких покрытий. Данное покрытие обладает хорошей герметичностью к влаге и стойкостью к воздействию лазерного излучения, однако, к недостаткам углеродного покрытия следует отнести низкий уровень предельной прочности волокна вследствие незначительной толщины слоя (>50 нм), что требует дополнительного нанесения типового покрытия.There is a method of obtaining a protective coating of an optical fiber intended for recording a Bragg grating, which is a carbon coating tens of nanometers thick [Y. Li, D.J. Kudelko, A.S. Hokansson, D.A. Simoff, A.A. Stolov, J. Ng and J. Mann. Bragg gratings in carbon coated optical fibers and their potential sensor applications in harsh environment. Proc. SPIE 9157, 23rd International Conference on Optical Fiber Sensors, 91573X, 2014; U.S. Patent 20150285993 A1. 2015, IPC C03B 37/025, C03B 37/029, C03B 37/03, C03C 23/00, C03C 25/10,
Известен способ получения защитного полисилоксанового покрытия для оптического волокна, предназначенного для записи брэгговской решетки через такое покрытие с использованием лазеров ближней и средней УФ области. Покрытие представляет собой термоотверждающийся силоксановый эластомер RTV-615. [Патент США 6,240,224 B1. 2001, МПК G02B 6/34, B05D 5/06, H01S 3/00; Патент США 7,003,197 B2. 2006, МПК G02B 6/34, G02B 1/10]. Указанное покрытие получается через механизм каталитического взаимодействия непредельных и водородсодержащих кремнийорганических соединений (реакция гидросилилирования) при повышенных температурах. Предварительно приготовленная смесь вышеуказанных компонентов наносится на оптическое волокно в процессе вытяжки с последующим прохождением через печь. К существенным недостаткам защитных покрытий на основе силоксановых эластомеров следует отнести неудовлетворительную прочность полученных волокон.A known method of obtaining a protective polysiloxane coating for an optical fiber, designed to record the Bragg grating through such a coating using lasers near and middle UV region. The coating is a RTV-615 thermosetting siloxane elastomer. [US Patent 6,240,224 B1. 2001,
Известно УФ-отверждаемое защитное покрытие для оптического волокна, пригодное для записи брэгговских решеток, способ получения которого основан на функционализации силоксановых полимеров акрилатными группами и выборе низкопоглощающих фотоинициаторов радикальной полимеризации [Патент США 5,773,486. 1998, МПК C08F 2/46; F. Masson, С. Decker, S. Andre, X. Andrieu. Progress in Organic Coatings. Vol. 49 (1), p. 1; G. Colomines, S. Andre, X. Andrieu, A. Rousseau, B. Boutevin. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 90, 2003, pp. 2021-2026.]. Такое покрытие может наноситься на оптическое волокно и отверждаться традиционным для акрилатных составов способом, а именно посредством облучения источником ультрафиолетового излучения в процессе вытяжки. Однако при записи решетки Брэгга через такие покрытия значительно возрастает доля энергии, поглощаемая в таких покрытиях, что приводит к их разрушениям при длительных экспозициях.Known UV-curable protective coating for optical fiber, suitable for recording Bragg gratings, the method of obtaining which is based on the functionalization of siloxane polymers by acrylate groups and the choice of low-absorption photoinitiators of radical polymerization [US Patent 5,773,486. 1998,
Известен способ получения фторполимерных защитных покрытий оптического волокна для записи брэгговских решеток импульсным лазерным источником на длине волны 242 нм [A. Claesson, B. Sahlgren, M. Fokine, R. Stubbe. UV-Transparent Coatings for Optical Fiber. International Wire Cable Symposium Proceedings; 1997, pp. 82-85]. Покрытия, нанесенные в виде лака на участок оптического волокна, получали после его высыхания. Наносили лак на основе растворенных фторполимеров из Teflon AF 1600 (сополимер тетрафторэтилена и 4,5-дифтор-2,2-бис(трифторметил)-1,3-диоксола) и Kynar 7201 (80/20 сополимер винили денфторида и тетрафторэтилена). Для растворения Teflon AF использовали фторсодержащий растворитель, а для растворения Kynar 7201 - ацетон. Пленка Teflon AF 1600 с толщиной 100 мкм показала пропускание более 95% на длине волны 240 нм. Недостатком получения такого покрытия является высокая стоимость фторполимера Teflon AF, что существенно снижает конкурентную способность такого способа изготовления брэгговских решеток в кварцевых фоторефрактивных световодах.A known method of producing fluoropolymer protective coatings of an optical fiber for recording Bragg gratings by a pulsed laser source at a wavelength of 242 nm [A. Claesson, B. Sahlgren, M. Fokine, R. Stubbe. UV-Transparent Coatings for Optical Fiber. International Wire Cable Symposium Proceedings; 1997, pp. 82-85]. Coatings applied in the form of varnish to a portion of an optical fiber were obtained after drying. A varnish was applied based on dissolved fluoropolymers from Teflon AF 1600 (a copolymer of tetrafluoroethylene and 4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxol) and Kynar 7201 (an 80/20 copolymer of vinyl denfluoride and tetrafluoroethylene). A fluorine-containing solvent was used to dissolve Teflon AF, and acetone was used to dissolve Kynar 7201. A Teflon AF 1600 film with a thickness of 100 μm showed a transmittance of more than 95% at a wavelength of 240 nm. The disadvantage of obtaining such a coating is the high cost of Teflon AF fluoropolymer, which significantly reduces the competitive ability of this method of manufacturing Bragg gratings in quartz photorefractive fibers.
Kynar 7201 при толщине пленки 50 мкм показал пропускание около 70% на 242 нм, при этом авторы указывают на быстрое разрушение полимерного материала при лазерном облучении на данной длине волны.Kynar 7201 at a film thickness of 50 μm showed a transmittance of about 70% at 242 nm, while the authors indicate a rapid destruction of the polymer material under laser irradiation at this wavelength.
Известен способ получения защитного фторполимерного покрытия, включающий приготовление лака путем растворения фторполимера, представляющего собой сополимер винилиденфторида и тетрафторэтилена (Ф-42Л), в смеси органических растворителей - ацетоне с этилацетатом [Патент РФ 2287000 C1. 2006, МПК C09D 127/18, C08L 27/18]. Авторы указывают о пригодности лака для формирования покрытия на стекловолокне. Недостатком способа является то, что предлагаемый сополимер обладает низкой пропускаемостью излучения в ближнем и среднем УФ диапазоне, что приводит к деструкции покрытия при многоимпульсной экспозиции во время записи брэгговских решеток (фиг.1, (2)).A known method of obtaining a protective fluoropolymer coating, including the preparation of varnish by dissolving a fluoropolymer, which is a copolymer of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene (F-42L), in a mixture of organic solvents - acetone with ethyl acetate [RF Patent 2287000 C1. 2006, IPC C09D 127/18, C08L 27/18]. The authors indicate the suitability of the varnish for forming coatings on fiberglass. The disadvantage of this method is that the proposed copolymer has a low transmittance of radiation in the near and medium UV range, which leads to the destruction of the coating during multi-exposure during recording of Bragg gratings (Fig. 1, (2)).
Известны способы нанесения защитных фторполимерных покрытий в виде лаков на основе Teflon AF 1600 (сополимер тетрафторэтилена и 4,5-дифтор-2,2-бис(трифторметил)-1,3-диоксола) и Kynar 7201 (80/20 сополимер винилиденфторида и тетрафторэтилена) на кварцевую часть оптического волокна [A. Claesson, В. Sahlgren, М. Fokine, R. Stubbe. UV-Transparent Coatings for Optical Fiber. International Wire Cable Symposium Proceedings; 1997, pp. 82-85]. Нанесение лака осуществлялось "окунанием" или пропусканием волокна через фильерное устройство. Покрытие формировалось вследствие высыхания лака на основе вышеуказанных сополимеров при комнатной температуре. Авторы указывают на получение равномерного слоя фторполимерного покрытия при двух слоях нанесенного лака. Недостатком данного способа является то, что вышеуказанный способ высыхания нанесенного лака увеличивает время процесса его отверждения и тем самым снижает скорость вытяжки волокна.Known methods for applying protective fluoropolymer coatings in the form of varnishes based on Teflon AF 1600 (a copolymer of tetrafluoroethylene and 4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxole) and Kynar 7201 (80/20 copolymer of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene ) on the quartz part of the optical fiber [A. Claesson, B. Sahlgren, M. Fokine, R. Stubbe. UV-Transparent Coatings for Optical Fiber. International Wire Cable Symposium Proceedings; 1997, pp. 82-85]. The varnish was applied by “dipping” or passing fiber through a spinneret device. The coating was formed due to drying of the varnish based on the above copolymers at room temperature. The authors point to a uniform layer of fluoropolymer coating with two layers of applied varnish. The disadvantage of this method is that the above method of drying the applied varnish increases the time of the curing process and thereby reduces the speed of drawing the fiber.
Известно оптическое волокно для записи брэгговской решетки лазером с длиной волны в ближнем и среднем УФ диапазоне, выбранное в качестве прототипа [Патент США 6,222,973. 2001, МПК G02B 6/22], представляющее собой световедущую кварцевую часть с фоторефрактивной сердцевиной и нанесенным на нее многослойным защитным полимерным покрытием. Нижний кремнийорганический слой покрытия прозрачен к УФ излучению источника, а верхний непрозрачный слой на основе поливинилхлорида или нитроцеллюлозы выполняет функцию защиты от механических воздействий. Перед записью решетки Брэгга необходимо удалить верхний защитный слой покрытия стриппером или путем растворения, не затрагивая нижний слой.An optical fiber is known for recording a Bragg grating with a laser with a wavelength in the near and middle UV range, selected as a prototype [US Patent 6,222,973. 2001,
Недостатками такого волокна являются сложность получения многослойного защитного покрытия, необходимость предварительного устранения верхнего полимерного слоя, а также перепокрытие волокна верхним слоем после процесса записи брэгговской решетки, что снижает технологичность процесса изготовления волокна для записи распределенных волоконных брэгговских решеток (ВБР).The disadvantages of this fiber are the difficulty of obtaining a multilayer protective coating, the need to first remove the upper polymer layer, as well as the overcoating of the fiber with the upper layer after the Bragg grating recording process, which reduces the manufacturability of the fiber manufacturing process for recording distributed Bragg grating (FBG).
Известен способ получения защитного фторполимерного покрытия, выбранный в качестве прототипа [Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л., «Химия», 1978, см. стр. 211], включающий приготовление лака путем растворения фторполимера марки Ф-32Л, содержащего сополимер трифторхлорэтилена с винилиденфторидом, в смеси бутилацета (40 мас. ч.), ацетона (25 мас. ч.), циклогексанона (10 мас. ч.) и толуола (25 мас. ч.).A known method of obtaining a protective fluoropolymer coating, selected as a prototype [Panshin Yu.A., Malkevich S.G., Dunaevskaya C.S. Ftoroplasty. L., "Chemistry", 1978, see p. 211], including the preparation of varnish by dissolving a fluoropolymer of the brand F-32L, containing a copolymer of trifluorochlorethylene with vinylidene fluoride, in a mixture of butyl acetate (40 parts by weight), acetone (25 parts by weight) .), cyclohexanone (10 parts by weight) and toluene (25 parts by weight).
Однако в результате проведенных нами экспериментов вытяжки нанесение указанного лака Ф-32Л выявили следующие недостатки: низкая вязкость такого лака приводит к образованию дефектов покрытия в виде периодических изменений толщины волокна. Это приводит к снижению прочностных свойств волокна. Среди существенных недостатком нами также было выявлено, что продолжительность стадии высыхания лака из-за большого содержания высококипящего бутилацетата приводит к налипанию друг на друга витков волокна после намотки на приемную катушку.However, as a result of our drawing experiments, the application of the indicated F-32L varnish revealed the following disadvantages: the low viscosity of such varnish leads to the formation of coating defects in the form of periodic changes in the fiber thickness. This leads to a decrease in the strength properties of the fiber. Among the significant drawbacks, we also found that the duration of the stage of drying the varnish due to the high content of high-boiling butyl acetate leads to the adhesion of fiber coils to each other after winding on the receiving coil.
Известен, выбранный в качестве прототипа, способ нанесения защитного фторполимерного покрытия в виде лака, содержащего сополимер винилиденфторида и трифторхлорэтилен, на кварцевую часть оптического волокна [И.В. Александров, Н.В. Бецкая, В.В. Григорьянц, В.А. Детинич, М.Е. Жаботинский, Н.П. Зубков, Ю.С. Милявский, В.П. Минкович, В.В. Сторожев, В.В. Трезвов. Первичное полимерное покрытие и его влияние на прочность волоконных световодов «градан». «Квантовая электроника», 7, №4, 1980], путем пропускания вытянутого из заготовки волокна через фильерное устройство, заполненное лаком и последующего термического отверждения нанесенного покрытия. Недостатком способа является то, что защитное покрытие наносилось одним слоем, а это не позволяет получить покрытие толщиной более 7 мкм, что существенно ограничивает прочностные показатели волокна, а также не обеспечивает получения гладкого равномерно нанесенного покрытия по всей площади волокна. Так, в случае однослойного нанесения имеет место нарушение сплошности покрытия, т.е. появляются сквозные непокрытые участки волокна, а это в свою очередь приводит к ломкости волокна в таких местах.Known, selected as a prototype, a method of applying a protective fluoropolymer coating in the form of a varnish containing a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene, on the quartz part of the optical fiber [I.V. Alexandrov, N.V. Betskaya, V.V. Grigoryants, V.A. Detinich, M.E. Jabotinsky, N.P. Zubkov, Yu.S. Milyavsky, V.P. Minkovich, V.V. Storozhev, V.V. Sobering up. Primary polymer coating and its effect on the strength of gradan optical fibers. "Quantum Electronics", 7, No. 4, 1980], by passing the fiber drawn from the preform through a spinneret device filled with varnish and subsequent thermal curing of the applied coating. The disadvantage of this method is that the protective coating was applied in a single layer, and this does not allow to obtain a coating with a thickness of more than 7 μm, which significantly limits the strength characteristics of the fiber, and also does not provide a smooth uniformly applied coating over the entire fiber area. So, in the case of single-layer application, there is a violation of the continuity of the coating, i.e. through uncovered fiber sections appear, and this in turn leads to fiber fragility in such places.
Изобретения решают задачу повышения технологичности изготовления оптических волокон для записи распределенных ВБР, за счет возможности их записи прямо через покрытие, являющееся прозрачным для излучения лазера с длиной волны в ближнем и среднем УФ диапазоне.The inventions solve the problem of improving the manufacturability of manufacturing optical fibers for recording distributed FBGs, due to the possibility of recording them directly through a coating that is transparent to laser radiation with a wavelength in the near and middle UV range.
Поставленная задача решается за счет следующих технических преимуществ. Заявляемые решения, обеспечивая возможность записи ВБР прямо через покрытие, являющееся прозрачным для излучения лазера с длиной волны в ближнем и среднем УФ диапазоне, позволяет исключить операцию удаления защитного покрытия перед записью ВБР и последующего этапа защиты волокна. Кроме того, заявляемое фторполимерное покрытие и способ его нанесения, обеспечивая вышесказанное и выполняя функцию защиты от воздействия внешней среды и механических повреждений оптического волокна, обеспечивают стойкость покрытия к длительным экспозициям, что позволяет повысить эффективность отражения ВБР в требуемой спектральной полосе.The problem is solved due to the following technical advantages. The inventive solutions, providing the possibility of recording FBG directly through the coating, which is transparent for laser radiation with a wavelength in the near and middle UV range, eliminates the operation of removing the protective coating before recording FBG and the subsequent stage of fiber protection. In addition, the inventive fluoropolymer coating and the method of its application, providing the foregoing and performing the function of protecting against environmental influences and mechanical damage to the optical fiber, provide resistance to long-term exposure, which improves the efficiency of reflection of FBG in the desired spectral band.
Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.
Для оптического волокна для записи лазером с длиной волны в ближнем и среднем УФ диапазоне брэгговской решетки, представляющего собой световедущую кварцевую часть с фоторефрактивной сердцевиной и нанесенным на нее защитным полимерным покрытием, указанное полимерное покрытие выбрано из класса фторполимеров и представляет собой сополимер винилиденфторида не более 30 мол. % и трифторхлорэтилена не менее 70 мол. %, при этом толщина фторполимерного покрытия составляет не менее 8 мкм и не более 20 мкм.For an optical fiber for recording with a laser with a wavelength in the near and middle UV range of the Bragg grating, which is a light guide quartz part with a photorefractive core and a protective polymer coating applied to it, this polymer coating is selected from the class of fluoropolymers and is a vinylidene fluoride copolymer of not more than 30 mol . % and trifluorochlorethylene not less than 70 mol. %, while the thickness of the fluoropolymer coating is not less than 8 microns and not more than 20 microns.
В способе получения защитного фторполимерного покрытия, включающем приготовление лака путем растворения в смеси органических растворителей фторполимера, представляющего собой сополимер винилиденфторида и трифторхлорэтилена, в смеси органических растворителей растворяют винилиденфторида не более 30 мол. %, трифторхлорэтилена не менее 70 мол. %, при этом количество фторполимера в лаке 30-50 мас. %, а в качестве растворителей используют смесь бутилацетата/этилацетата (40-80 мас. ч.), ацетон (10-25 мас. ч.), циклогексанон (0-10 мас. ч.) и толуол (10-25 мас. ч.).In a method for producing a protective fluoropolymer coating, comprising the preparation of varnish by dissolving a fluoropolymer in a mixture of organic solvents, which is a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene, no more than 30 mol of vinylidene fluoride is dissolved in a mixture of organic solvents. %, trifluorochlorethylene not less than 70 mol. %, while the amount of fluoropolymer in the varnish is 30-50 wt. %, and a mixture of butyl acetate / ethyl acetate (40-80 parts by weight), acetone (10-25 parts by weight), cyclohexanone (0-10 parts by weight) and toluene (10-25 parts by weight) are used as solvents. hours).
В способе нанесения защитного фторполимерного покрытия, приготовленного в виде лака, содержащего винилиденфторид и трифторхлорэтилен, на кварцевую часть оптического волокна путем пропускания вытянутого из заготовки волокна через фильерное устройство, заполненное лаком, и последующего термического отверждения нанесенного покрытия, фильерное устройство заполняют лаком, содержащим винилиденфторида не более 30 мол. % и трифторхлорэтилена не менее 70 мол. %, в процессе вытяжки указанное покрытие наносят на волокно двумя последовательными слоями с последующим термическим отверждением покрытия после каждого нанесения, а после вытяжки готовое волокно дополнительно выдерживают в термостате при температуре 90°C в течение 3 часов.In the method of applying a protective fluoropolymer coating, prepared in the form of a varnish containing vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene, on the quartz part of the optical fiber by passing the fiber drawn from the preform through a spinneret filled device and subsequent thermal curing of the applied coating, the spinneret device is filled with a varnish containing non-vinylidene fluoride more than 30 mol. % and trifluorochlorethylene not less than 70 mol. %, during the drawing process, the specified coating is applied to the fiber in two successive layers, followed by thermal curing of the coating after each application, and after drawing, the finished fiber is additionally kept in a thermostat at a temperature of 90 ° C for 3 hours.
Сущность заявляемых изобретений поясняется следующим.The essence of the claimed invention is illustrated by the following.
Оптическое волокно для записи решеток Брэгга обладает фоторефрактивной сердцевиной, т.е. способностью периодически изменять показатель преломления световедущей жилы за счет электромагнитного излучения в ближнем и среднем УФ диапазоне. Предлагаемое защитное покрытие оптического волокна состоит из сополимера винилиденфторида и трифторхлорэтилена. Заявляемый состав защитного полимерного покрытия позволяет записать решетки Брэгга непосредственно через данный материал, т.к. обладает высокой оптической пропускаемостью на длине волны излучения лазера в ближней и средней УФ области. Известно, что низкой пропускаемостью в указанной спектральной области обладают полимеры, содержащие двойные связи в молекулярной структуре, которые способны поглощать излучение, или полимеры с высокой долей распределенных кристаллических образований, способных рассеивать излучение. Облучение таких полимерных покрытий оптического волокна приводит к их деструкции и искажению интерференционной картины, требуемой для фотоиндуцированного формирования решеток показателя преломления в сердцевине. При этом покрытие должно обеспечивать защитную функцию оптического волокна от влаги и механического воздействия, а также гарантировать высокое оптическое пропускание, которое уменьшается с возрастанием его толщины. Заявляемый же состав защитного полимерного покрытия позволяет записать решетки Брэгга непосредственно через данный материал, т.к. он обладает высокой оптической пропускаемостью на длине волны излучения лазера в ближней и средней УФ области, что доказано спектральным анализом пленок, полученных из этого материала. В результате исследований установлено, что состав сополимера в покрытии, в котором содержание винилиденфторида не более 30 мол. %, а трифторхлорэтилена не менее 70 мол. %, определяет высокую степень аморфности его структуры, что обеспечивает высокую оптическую пропускаемость и растворимость.The optical fiber for recording Bragg gratings has a photorefractive core, i.e. the ability to periodically change the refractive index of the light guide core due to electromagnetic radiation in the near and middle UV range. The proposed protective coating of the optical fiber consists of a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene. The inventive composition of the protective polymer coating allows you to record Bragg gratings directly through this material, because It has high optical transmittance at the wavelength of laser radiation in the near and middle UV region. It is known that polymers containing double bonds in the molecular structure that are capable of absorbing radiation, or polymers with a high proportion of distributed crystalline formations capable of scattering radiation, have low transmittance in this spectral region. Irradiation of such polymer coatings of the optical fiber leads to their destruction and distortion of the interference pattern required for photo-induced formation of refractive index gratings in the core. In this case, the coating should provide the protective function of the optical fiber from moisture and mechanical stress, as well as guarantee high optical transmission, which decreases with increasing thickness. The claimed composition of the protective polymer coating allows you to record Bragg gratings directly through this material, because it has high optical transmittance at the wavelength of laser radiation in the near and middle UV region, which is proved by spectral analysis of films obtained from this material. As a result of studies, it was found that the composition of the copolymer in the coating, in which the content of vinylidene fluoride is not more than 30 mol. %, and trifluorochlorethylene not less than 70 mol. % determines a high degree of amorphism of its structure, which ensures high optical transmittance and solubility.
Экспериментально выявлено, что оптимальная толщина покрытия, обеспечивающая высокие прочностные свойства волокна и высокую оптическую пропускаемость, находится в пределах от 8 до 20 мкм.It was experimentally revealed that the optimal coating thickness, providing high strength properties of the fiber and high optical transmittance, is in the range from 8 to 20 microns.
Получение защитного фторполимерного покрытия оптического волокна осуществляется нанесением приготовленного лака на основе сополимера винилиденфторида и трифторхлорэтилена на кварцевую часть волокна во время вытяжки. Лак представляет собой растворенный порошок или гранулы данного термопластичного сополимера в смеси органических растворителей. Среди используемых растворителей основным компонентом являются эфиры уксусной кислоты, например этилацетат и бутилацетат, а остальные растворители выявили ограниченную растворимость. Так, проведенные эксперименты показали полную растворимость используемого сополимера в этилацетате или бутилацетате при его концентрациях, не превышающих 50 мас. %.Obtaining a protective fluoropolymer coating of the optical fiber is carried out by applying the prepared varnish based on a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene on the quartz part of the fiber during drawing. Varnish is a dissolved powder or granules of this thermoplastic copolymer in a mixture of organic solvents. Among the solvents used, the main component are acetic acid esters, for example ethyl acetate and butyl acetate, and the rest of the solvents showed limited solubility. Thus, the experiments showed the complete solubility of the copolymer used in ethyl acetate or butyl acetate at concentrations not exceeding 50 wt. %
Приготовление лака может проходить как при комнатной, так и при повышенных температурах (40-60°C) до полного растворения полимера.The preparation of varnish can take place both at room temperature and at elevated temperatures (40-60 ° C) until the polymer is completely dissolved.
Известно, что фторопластовый лак марки Ф-32Л содержит сополимер трифторхлорэтилена с винилиденфторидом, растворенный в смеси бутилацета (40 мас. ч.), ацетона (25 мас. ч.), циклогексанона (10 мас. ч.) и толуола (25 мас. ч.) [Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л., «Химия», 1978, см. стр. 165].It is known that the F-32L fluoroplastic varnish contains a copolymer of trifluorochlorethylene with vinylidene fluoride dissolved in a mixture of butyl acetate (40 parts by weight), acetone (25 parts by weight), cyclohexanone (10 parts by weight) and toluene (25 parts by weight). h) [Panshin Yu.A., Malkevich S.G., Dunaevskaya C.S. Ftoroplasty. L., "Chemistry", 1978, see p. 165].
При гравиметрическом определении сухого остатка в лаках марки ЛФ-32Л нами было выявлено содержание сополимера - 15-20%. В процессе вытяжки оптического волокна было установлено, что низкая вязкость такого лака приводит к образованию дефектов покрытия в виде периодических изменений толщины после пропускания волокна через фильерное устройство. Однако при увеличении вязкости лака за счет добавления сополимера в смесь органических растворителей до 30-50 мас. % на волокне получалось гладкое равномерно нанесенное покрытие. Экспериментально было выявлено, что увеличение количества растворенного полимера, превышающего 50 мас. %, затрудняет его полное растворение, а также увеличивает толщину каждого формируемого слоя, что препятствует равномерному испарению растворителя при сушке и приводит к образованию поверхностных дефектов покрытия.During gravimetric determination of the dry residue in varnishes of the LF-32L brand, we revealed a copolymer content of 15–20%. During the drawing of the optical fiber, it was found that the low viscosity of such a varnish leads to the formation of coating defects in the form of periodic thickness changes after passing the fiber through a spinneret device. However, with an increase in the viscosity of the varnish due to the addition of the copolymer to the mixture of organic solvents up to 30-50 wt. % on the fiber obtained a smooth uniformly applied coating. It was experimentally revealed that an increase in the amount of dissolved polymer in excess of 50 wt. %, complicates its complete dissolution, and also increases the thickness of each formed layer, which prevents uniform evaporation of the solvent during drying and leads to the formation of surface coating defects.
Для уменьшения времени высыхания бутилацетат может быть частично заменен этилацетатом, температура кипения которого ниже. Полное замещение бутилацетата низкокипящим этилацетатом приводит к образованию пористой структуры покрытия во время высыхания в печи. Соотношение этилацетата и бутилацетата в смеси определяется скоростью вытяжки, температурой печи отверждения и длиной печи отверждения.To reduce the drying time, butyl acetate can be partially replaced by ethyl acetate, the boiling point of which is lower. The complete substitution of butyl acetate with low-boiling ethyl acetate leads to the formation of a porous structure of the coating during drying in the oven. The ratio of ethyl acetate to butyl acetate in the mixture is determined by the drawing speed, the temperature of the curing oven and the length of the curing oven.
Количество сложных эфиров в смеси - 40-80 мас. ч. от общей массы растворителей определялось экспериментально для эффективного растворения 30-50 мас. % сополимера, а содержание остальных растворителей зависит от конкретных режимов и условий процесса вытяжки волокна, таких как скорость вытяжки, температура печей отверждения, длина печей отверждения и других параметров.The number of esters in the mixture is 40-80 wt. including from the total mass of solvents was determined experimentally for the effective dissolution of 30-50 wt. % of the copolymer, and the content of other solvents depends on the specific conditions and conditions of the fiber drawing process, such as drawing speed, temperature of the curing ovens, length of the curing ovens and other parameters.
В результате исследований по вытяжке оптического волокна установлено, что оптимальным составом и соотношением компонентов для формирования гладкого, равномерно нанесенного и бездефектного покрытия волокна в процессе последующей сушки, обеспечивающего защиту от воздействия внешней среды и механических повреждений, гарантирующего высокое оптическое пропускание и одновременно стойкость покрытия к длительным экспозициям, что позволяет повысить эффективность отражения записываемых распределенных волоконных брэгговских решеток (ВБР) в требуемой спектральной полосе, являются заявляемые компоненты в их числовых соотношениях, а именно: в смеси органических растворителей растворяют сополимер, который содержит винилиденфторида не более 30 мол. % и трифторхлорэтилена не менее 70 мол. %, при этом количество фторполимера в лаке 30-50 мас. %, а в качестве растворителей используют смесь этилацетата/бутилацетата (40-80 мас. ч.), ацетон (10-25 мас. ч.), циклогексанон (0-10 мас. ч.) и толуол (10-25 мас. ч.).As a result of research on the drawing of optical fiber, it was found that the optimal composition and ratio of components for the formation of a smooth, evenly applied and defect-free coating of the fiber during subsequent drying, which provides protection against the effects of the external environment and mechanical damage, guaranteeing high optical transmission and, at the same time, resistance of the coating to long-term expositions, which allows to increase the reflection efficiency of recorded distributed fiber Bragg gratings (FBG) in the required spectral band, are the claimed components in their numerical ratios, namely: in a mixture of organic solvents dissolve the copolymer, which contains vinylidene fluoride no more than 30 mol. % and trifluorochlorethylene not less than 70 mol. %, while the amount of fluoropolymer in the varnish is 30-50 wt. %, and a mixture of ethyl acetate / butyl acetate (40-80 parts by weight), acetone (10-25 parts by weight), cyclohexanone (0-10 parts by weight) and toluene (10-25 parts by weight) are used as solvents. hours).
Нанесение фторполимерного лака на кварцевую часть оптического волокна осуществляется путем пропускания вытянутого из заготовки волокна через фильерное устройство, заполненное лаком, приготовленным вышеуказанным способом. Покрытие наносится двумя слоями, что обеспечивает требуемую толщину и качество покрытия. После каждого нанесенного слоя волокно проходит через печь отверждения. В завершение процесса вытяжки волокно дополнительно выдерживают в термостате при температуре 90°C для удаления остатков растворителей, способных поглощать излучение.The application of fluoropolymer varnish on the quartz part of the optical fiber is carried out by passing the fiber drawn from the preform through a spinneret device filled with varnish prepared by the above method. The coating is applied in two layers, which ensures the required thickness and quality of the coating. After each applied layer, the fiber passes through the curing oven. At the end of the drawing process, the fiber is additionally kept in a thermostat at a temperature of 90 ° C to remove residual solvents that can absorb radiation.
Полученные результаты проведенных исследований иллюстрируются фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 приведены спектры оптического пропускания пленок с толщиной 20 мкм для сополимера винилиденфторида с трифторхлорэтиленом (1) и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом (2). На фиг. 2 - спектр отражения решетки Брэгга, записанной в двулучепреломляющее оптическое волокно с эллиптической напрягающей оболочкой через заявляемое фторполимерное защитное покрытие.The obtained results of the studies are illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, where in FIG. Figure 1 shows the optical transmission spectra of films with a thickness of 20 μm for a copolymer of vinylidene fluoride with trifluorochlorethylene (1) and a copolymer of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene (2). In FIG. 2 is a reflection spectrum of a Bragg grating recorded in a birefringent optical fiber with an elliptical tensile sheath through the inventive fluoropolymer protective coating.
Пленки (фиг. 1) получены после отверждения соответствующих лаков. Так, оптическое пропускание пленок на 250 нм для сополимера винилиденфторида и трифторхлорэтилена достигает 90%, а для сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена составляет около 60%. Полученные результаты показывают, что в пределах одного класса фторсодержащих полимеров оптическое пропускание может существенно отличаться.Films (Fig. 1) were obtained after curing of the corresponding varnishes. Thus, the optical transmission of films at 250 nm for a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene reaches 90%, and for a copolymer of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene it is about 60%. The results show that, within the same class of fluorine-containing polymers, the optical transmittance can differ significantly.
Анализ поверхности фторполимерного покрытия с помощью оптической и электронной микроскопии не выявил признаков его разрушения в местах записи решетки Брэгга.Analysis of the surface of the fluoropolymer coating using optical and electron microscopy did not reveal signs of its destruction at the recording points of the Bragg grating.
В качестве конкретного примера для записи решетки Брэгга предлагается двулучепреломляющее оптическое волокно с эллиптической напрягающей оболочкой и содержанием в сердцевине 12 мол. % диоксида германия. Защитным покрытием служило фторполимерное покрытие на основе сополимера винилиденфторида (25 мол. %) и трифторхлорэтилена (75 мол. %). Для приготовления фторполимерного лака использовали следующее соотношение компонентов, мас. %:As a specific example, a birefringent optical fiber with an elliptical tensile cladding and a content of 12 mol% in the core is proposed for recording the Bragg grating. % germanium dioxide. A protective coating was a fluoropolymer coating based on a copolymer of vinylidene fluoride (25 mol%) and trifluorochlorethylene (75 mol%). For the preparation of fluoropolymer varnish used the following ratio of components, wt. %:
- сополимер винилиденфторида и трифторхлорэтилена – 30,a copolymer of vinylidene fluoride and trifluorochlorethylene - 30,
- бутилацетат – 21,- butyl acetate - 21,
- этилацетат – 7,- ethyl acetate - 7,
- ацетон - 17,5,- acetone - 17.5,
- циклогекснон – 7,- cyclohexnon - 7,
- толуол - 17,5.- toluene - 17.5.
Покрытие наносилось на оптическое волокно в два слоя при скорости вытяжки 10 м/мин. Отверждение лака на волокне проходило в печи после каждого этапа нанесения лака при температуре 350°C. После вытяжки волокно выдерживали в термостате при температуре 90°C в течение 3 часов. Толщина полученного фторполимерного покрытия составила 12-15 мкм.The coating was applied to the optical fiber in two layers at a drawing speed of 10 m / min. The curing of the varnish on the fiber took place in the oven after each step of applying varnish at a temperature of 350 ° C. After drawing, the fiber was kept in a thermostat at a temperature of 90 ° C for 3 hours. The thickness of the obtained fluoropolymer coating was 12-15 microns.
Запись решетки Брэгга через фторполимерное покрытие двулучепреломляющего оптического волокна осуществлялась с помощью KrF эксимерного лазера с длиной волны излучения 248 нм и интерферометра Тальбота. Лазер генерировал импульсы с длительностью 25 нс и частотой 5 Гц. Средняя плотность энергии лазерного импульса на оптическом волокне составила 70 мДж/см2. Время экспозиции было 12 сек, при этом суммарное число импульсов - 60. Длина образованной решетки составила 8 мм.The Bragg grating was recorded through a fluoropolymer coating of a birefringent optical fiber using a KrF excimer laser with a radiation wavelength of 248 nm and a Talbot interferometer. The laser generated pulses with a duration of 25 ns and a frequency of 5 Hz. The average energy density of the laser pulse on the optical fiber was 70 mJ / cm 2 . The exposure time was 12 seconds, while the total number of pulses was 60. The length of the formed lattice was 8 mm.
Т.о., заявляемые решения обеспечивают возможность записи брэгговской решетки прямо через покрытие, являющееся прозрачным для записи ВБР лазером с длиной волны в ближнем и среднем УФ диапазоне, что исключает операцию удаления защитного покрытия перед записью брэгговской решетки и последующего этапа защиты волокна, что повышает технологичность процесса. Заявляемые решения выполняют функцию защиты от воздействия внешней среды и механических повреждений оптического волокна, обеспечивают одновременно и стойкость покрытия к длительным экспозициям, что позволяет получать ВБР с высокой эффективностью отражения в требуемой спектральной полосе.Thus, the claimed solutions provide the ability to record the Bragg grating directly through the coating, which is transparent to recording FBG laser with a wavelength in the near and middle UV range, which eliminates the operation of removing the protective coating before recording the Bragg grating and the subsequent stage of fiber protection, which increases technological process. The inventive solutions perform the function of protecting against environmental influences and mechanical damage to the optical fiber, and at the same time provide coating resistance to long-term exposure, which makes it possible to obtain FBGs with high reflection efficiency in the required spectral band.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103065A RU2650787C1 (en) | 2017-01-30 | 2017-01-30 | Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103065A RU2650787C1 (en) | 2017-01-30 | 2017-01-30 | Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650787C1 true RU2650787C1 (en) | 2018-04-17 |
Family
ID=61977106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017103065A RU2650787C1 (en) | 2017-01-30 | 2017-01-30 | Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650787C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690230C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-05-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of forming array of bragg fiber gratings with different reflection wavelengths |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3930103A (en) * | 1973-06-21 | 1975-12-30 | Mitsubishi Rayon Co | Light transmitting fibers |
| US4147407A (en) * | 1975-12-11 | 1979-04-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Coatings for fiber waveguides |
| EP0190656A2 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing plastic optical fiber with heat resistance |
| EA010658B1 (en) * | 2005-06-30 | 2008-10-30 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Electrical cables with stranded wire strength members |
-
2017
- 2017-01-30 RU RU2017103065A patent/RU2650787C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3930103A (en) * | 1973-06-21 | 1975-12-30 | Mitsubishi Rayon Co | Light transmitting fibers |
| US4147407A (en) * | 1975-12-11 | 1979-04-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Coatings for fiber waveguides |
| EP0190656A2 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing plastic optical fiber with heat resistance |
| EA010658B1 (en) * | 2005-06-30 | 2008-10-30 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Electrical cables with stranded wire strength members |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690230C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-05-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of forming array of bragg fiber gratings with different reflection wavelengths |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1840095B1 (en) | Coating dispersions for optical fibers | |
| Pospori et al. | Polymer optical fiber Bragg grating inscription with a single UV laser pulse | |
| KR840001876B1 (en) | Ultraviolet ab sorbers in oplical fiber coatings | |
| EP0762158B1 (en) | Formation of gratings in polymer-coated optical fibers | |
| US10788621B2 (en) | UV-transparent optical fiber coating for high temperature application, and fibers made therefrom | |
| JP2013517517A5 (en) | ||
| BRPI0722193A2 (en) | PROCESS FOR MANUFACTING AN OPTICAL FIBER, OPTICAL FIBER, OPTICAL FIBER TAPE, AND APPLIANCE FOR PRODUCING AN OPTICAL FIBER | |
| Tokarev et al. | UV-transparent fluoropolymer fiber coating for the inscription of chirped Bragg gratings arrays | |
| Cho et al. | Fabrication of a screw-shaped long-period fiber grating for refractive index sensing | |
| RU2650787C1 (en) | Optical fiber for recording the bragg grating with laser with a wave length in the near and middle uv range, method of producing the protective fluoropolymer coating of optical fiber and method of applying the coating to quartz fiber | |
| Johnson et al. | Polymer PCF Bragg grating sensors based on poly (methyl methacrylate) and TOPAS cyclic olefin copolymer | |
| EP1043284B1 (en) | Degradable optical fibre and method of producing same | |
| Sohma et al. | Heat-resistant thin optical fiber for sensing in high-temperature environments | |
| RU2392646C1 (en) | Method for manufacturing of helical long-period fibre grid (versions) | |
| KR100334813B1 (en) | Long period fiber grating recoating equipment and method thereof | |
| Tao et al. | Photosensitive polymer optical fibres and gratings | |
| CN1374932A (en) | Method for forming a grating in an optical waveguide | |
| JP2022515599A (en) | Fiber optics with high temperature light through coating | |
| CN117063102A (en) | System and method for enhanced backscatter in an optical fiber with hermeticity | |
| Zhou et al. | Femtosecond laser inscription of phase-shifted grating by post-processing | |
| CN117480419A (en) | Thermally annealed gratings in coated fibers and related systems and methods | |
| JPH04191706A (en) | Optical fiber and its manufacture | |
| Yongqin et al. | Transmission Spectra Dependence on the Grating Lengths of Long Period Fiber Grating Fabricated by 800 nm Femtosecond Laser Pulses | |
| Yu et al. | Transmission spectra dependence on the grating lengths of long period fiber grating fabricated by 800nm femtosecond laser pulses | |
| Starodubov et al. | Fiber Bragg gratings with reflectivity> 97% fabricated through polymer jacket using near-UV light |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |