Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Умников Андрей Александрович

Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов
<
Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Умников Андрей Александрович. Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.01 Н. Новгород, 2005 112 с. РГБ ОД, 61:05-2/624

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Литературный обзор 10

1.1. Распространение света в оптических волокнах 10

1.2. Механизмы оптических потерь в волоконных световодах на основе кварцевого стекла 13

1.3. Легирующие добавки для формирования волноводной структуры 17

1.4. Методы получения заготовок кварцевых световодов 19

1.5. Активные волоконные световоды 22

1.6. Волоконные световоды, легированные оксидом иттербия 26

1.7. Методы получения заготовок световодов, легированных редкоземельными элементами 29

Глава 2. Методика эксперимента 34

2.1. Установка для получения заготовок световодов методом MCVD 34

2.2. Исходные материалы и реагенты 36

2.3. Получение заготовок световодов с использованием способа пропитки пористого слоя 39

2.4. Методика измерения основных характеристик заготовок и световодов 43

Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение 46

3.1. Выбор оптимальных условий получения пористого слоя 46

3.2. Растворитель и время пропитки 58

3.3. Выбор состава стекла сердцевины 63

3.4. Выбор конфигурации волоконного лазера 79

3.5. Лазерные и оптические характеристики активных световодов 87

Выводы 90

Список литературы 92

Введение к работе

Глава 1. Литературный обзор 10

  1. Распространение света в оптических волокнах 10

  2. Механизмы оптических потерь в волоконных световодах

на основе кварцевого стекла 13

1.3. Легирующие добавки для формирования волноводной

структуры 17

  1. Методы получения заготовок кварцевых световодов 19

  2. Активные волоконные световоды 22

  3. Волоконные световоды, легированные оксидом иттербия 26

  4. Методы получения заготовок световодов, легированных редкоземельными элементами 29

Механизмы оптических потерь в волоконных световодах на основе кварцевого стекла

По сравнению с полупроводниковыми волоконные усилители имеют значительно большую полосу усиления и мощность насыщения усиления, обладают более низкими собственными шумами и не чувствительны к поляризации излучения. Кроме того, активные световоды могут быть надежно состыкованы с пассивными при помощи сварки, причем потери на состыковку могут быть сделаны пренебрежимо малыми.

Одновременно в последнее время большое внимание уделяется непосредственно волоконным лазерам на базе одномодовых волоконных световодов, легированных оксидами РЗЭ, таких как Yb, Nd, Но, Tm и ряд других. Такие лазеры являются эффективным средством генерации непрерывного излучения в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазонах длин волн с высокой выходной мощностью [13,14].

Успехи в разработке мощных полупроводниковых источников накачки с широкой светоизлучающей областью позволили приступить к созданию волоконных лазеров с выходной непрерывной мощностью до 1.36 кВт (на момент написания диссертации) в одной поперечной моде [15]. При этом максимальная выходная мощность волоконных лазеров постоянно увеличивается [16]. В основе таких устройств лежит использование одномодовых волоконных световодов (ОВС) с двойной отражающей оболочкой и сердцевиной, легированной добавкой РЗЭ [14-17].

Использование эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в волоконных световодах и накачки от мощных волоконных лазеров позволяет получать источники излучения, покрывающие практически весь ближний ИК-диапазон [18-21].

В то же время, волоконные источники излучения ближнего ИК-диапазона могут найти применения не связанные непосредственно с волоконно-оптическими линиями связи. В частности, они могут использоваться в медицине, обработке материалов, оптической локации [14,22-25]. В итоге активные волоконные световоды и устройства на их основе, развитие которых было вызвано потребностями волоконно-оптической связи, начинают приобретать и самостоятельное значение. Это позволяет выделить разработку и исследование волоконных лазеров и усилителей оптического сигнала в самостоятельное направление волоконной оптики. Таким образом, разработка и совершенствование методов легирования кварцевого стекла оксидами РЗЭ является актуальной задачей. Поэтому в последние годы исследователями во всем мире предпринимаются большие усилия в области разработки и совершенствования технологии изготовления волоконных световодов, легированных редкоземельными элементами, для их использования в качестве источников излучения и усилителей оптического сигнала. Основными требованиями, предъявляемыми к активным световодам, являются высокое поглощение на длине волны накачки (высокая концентрация РЗЭ) и одновременно низкие оптические потери в области длин волн лазерной генерации или усиления. Данная диссертационная работа посвящена изготовлению волоконных световодов с низкими оптическими потерями на основе высокочистого кварцевого стекла, легированного оксидом иттербия с использованием комбинации метода MCVD и способа пропитки пористого слоя. Одним из главных преимуществ кварцевого стекла, легированного иттербием, является отсутствие поглощения из возбужденного состояния и кооперативных эффектов, что обусловлено уникальной структурой энергетических уровней Yb3+. Поэтому верхний предел концентрации ионов иттербия в кварцевых волоконных световодах определяется фактически лишь пределом растворимости в стекле, в связи с чем этот редкоземельный элемент хорошо подходит для практических применений. А близость полосы поглощения к области люминесценции делают иттербий в кварцевом стекле наиболее перспективной средой для достижения высокой эффективности генерации. Кроме того, для накачки ионов иттербия имеются мощные и надежные лазерные диоды [26,27]. Следует отметить, что рассматриваемая в настоящей диссертационной работе проблема включает в себя чрезвычайно широкий круг вопросов, которым к настоящему времени посвящено большое количество опубликованных статей, тезисов докладов и монографий. В данной диссертации рассматриваются следующие аспекты: 1. Разработка методики воспроизводимого получения заготовок волоконных световодов с малыми оптическими потерями на основе высокочистого кварцевого стекла, легированного ионами иттербия методом MCVD с использованием способа пропитки пористого слоя. 2. Выбор оптимальных условий получения пористого слоя. 3. Выбор оптимального состава сердцевины для легирования кварцевого стекла ионами иттербия. 4. Исследование оптических характеристик изготовленных волоконных световодов.

В главе 1 диссертационной работы приводятся литературные данные по проблеме, в том числе обзор методов легирования кварцевого стекла оксидами РЗЭ. Глава 2 настоящей диссертации посвящена описанию экспериментальной установки, а также методики легирования кварцевого стекла оксидом иттербия с использованием способа пропитки пористого слоя. В ходе проведенных экспериментов определены основные параметры процесса получения заготовок световодов. Результаты этих исследований представлены в главе 3 диссертации. Кроме того, в главе 3 приведены результаты исследований по выбору оптимального состава стекла сердцевины. В ходе проведенных экспериментов изготовлены волоконные световоды с сердцевиной, легированной ионами иттербия, которые были использованы для создания мощных и эффективных волоконных лазеров. Оптические и лазерные характеристики активных световодов также приведены в главе 3 данной диссертации.

Методы получения заготовок световодов, легированных редкоземельными элементами

К началу данной работы было опубликовано достаточно много сообщений, посвященных исследованию возможности получения активной структуры на основе волоконных световодов, легированных такими традиционными лазерными добавками, как Nd3+ и Ег3+. Подобные работы проводились и в ИХВВ РАН совместно с НЦВО при ИОФ РАН [89,90]. Однако добавка иттербия исследовалась не так интенсивно, хотя об использовании этого редкоземельного элемента в лазерных стеклах и кварцевых световодах было хорошо известно [13,24,62,63,91-98]. Выбор оксида иттербия в качестве активной добавки в настоящей диссертационной работе был обусловлен следующими соображениями.

Энергетическая схема уровней ионов Yb3+ в кварцевом стекле уникальна (рисунок 1.4). Помимо основного уровня 2F7/2 существует единственный возбужденный уровень F5/2, так что использование переходов между этими уровнями в качестве лазерных является возможным только благодаря сильному штарковскому расщеплению. Отсутствие других энергетических уровней вплоть до ультрафиолетового диапазона означает, что в данной системе не будет поглощения из возбужденного состояния, а также явления кооперативной апконверсии [94-98]. Это позволяет увеличить концентрацию активной примеси по сравнению с такими распространенными легирующими добавками, как неодим и эрбий. Использование световодов с высокой концентрацией редкоземельного элемента в сердцевине, в свою очередь позволяет уменьшить длину лазера, а, следовательно, и уменьшить влияние дополнительных оптических потерь.

В статье английских авторов [98] подробно рассмотрены спектры поглощения и люминесценции ионов иттербия в кварцевом стекле. Наличие полос поглощения с центрами около 915 и 975 нм позволяет использовать для накачки активных световодов мощные и надежные лазерные диоды. При этом полоса люминесценции иттербия очень широкая, поэтому применение волоконного световода на основе кварцевого стекла, легированного оксидом иттербия, позволяет получить источник излучения с преимущественной длиной волны люминесценции, изменяющейся в диапазоне длин волн от 980 до 1150 нм. А близость полосы поглощения к области люминесценции делают иттербий в кварцевом стекле наиболее перспективной средой для достижения высокой эффективности генерации.

Вид спектров люминесценции и поглощения ионов Yb в световодах на основе кварцевого стекла в значительной степени зависит от состава сердцевины [99,100]. При этом максимум люминесценции ионов иттербия в нелегированном кварцевом стекле сдвинут в сторону более длинных волн. В случае дополнительного легирования кварцевого стекла соответственно оксидом германия, алюминия или фосфора максимум люминесценции постепенно смещается в сторону более коротких длин волн. Одновременно для этих составов легированного кварцевого стекла увеличивается и время жизни люминесценции.

Для получения волоконных световодов с высокой концентрацией иттербия в сердцевине наиболее подходящими легирующими добавками являются оксиды алюминия и фосфора [100,101], поскольку обе эти добавки способствуют растворению оксидов РЗЭ в кварцевом стекле. Однако, с точки зрения снижения разности показателей преломления Дп сердцевины и кварцевой оболочки световода, для получения одномодовых волоконных световодов с большим диаметром сердцевины (согласно выражению 1.3 снижение Дп приводит к увеличению диаметра сердцевины 2а при неизменных прочих параметрах световода), оксид фосфора предпочтительнее AI2O3, т.к. имеет меньший молярный коэффициент рефрактивности (рисунок 1.3). Время жизни люминесценции ионов Yb больше в фосфоросиликатном стекле. Однако сечения поглощения и люминесценции в алюмосиликатном стекле в 2 раза больше, чем в фосфоросиликатном. При этом полоса поглощения 975 нм в несколько раз шире в кварцевом стекле с добавкой оксида алюминия. По этой причине волоконные световоды с алюмосиликатной сердцевиной, легированной оксидом иттербия, являются более перспективной средой для получения лазерной генерации при использовании накачки на 975 нм.

Добавка оксида алюминия имеет также преимущество, связанное с профилем распределения РЗЭ по радиусу сердцевины. Заготовки световодов, изготовленные методом MCVD имеют характерный провал в центре сердцевины при использовании для формирования профиля показателя преломления добавок германия или фосфора. Это связано с испарением оксидов этих элементов при схлопывании заготовок в процессе MCVD. При этом распределение редкоземельного элемента в данном случае имеет аналогичный профиль, что может негативно сказываться на эффективности лазерной генерации активных световодов. Дополнительная добавка оксида алюминия, даже в случае совместного легирования заготовки оксидом фосфора или германия, предотвращает образование центрального провала на профиле распределения редкоземельного элемента в сердцевине [59,85].

Одна из главных проблем, возникающих при изготовлении активных световодов, заключается в том, что среди неорганических соединений РЗЭ нет достаточно летучих, например таких, как хлориды кремния, германия или фосфора, обычно используемых при производстве волоконных световодов. Хлориды РЗЭ, в частности, имеют температуру плавления, превышающую 700С [67,82,102-106], поэтому при стандартных условиях подачи реагентов в методе MCVD их давление пара имеет слишком малую величину для проведения процесса. В результате для изготовления световодов, легированных оксидами РЗЭ, стандартные методы получения заготовок световодов требуется модифицировать.

Одна из таких модификаций MCVD метода для изготовления световодов, легированных оксидами РЗЭ, заключается в установке перед опорной трубкой дополнительной камеры, к стенкам которой приплавлена соль редкоземельного элемента [105,106]. Регулирование концентрации паров РЗЭ в зоне реакции осуществлялось посредством изменения температуры боковой стенки этой камеры, нагреваемой дополнительной газовой горелкой. Схематично это показано на рисунке 1.5. Осаждение оболочки в этом случае осуществлялось обычным способом, а во время осаждения сердцевины, наряду со стеклообразующими компонентами (SiCU, GeCI4) и кислородом, в трубку подавался пар соли РЗЭ. Температура камеры недостаточна для окисления реагентов и они окисляются как обычно — в месте нагрева кварцевой трубки перемещающейся горелкой. Таким образом осаждался слой стекла сердцевины, содержащий оксид РЗЭ. Очевидные недостатки данного метода заключаются в том, что он не позволяет достигнуть высоких уровней легирования (более 0.25

Получение заготовок световодов с использованием способа пропитки пористого слоя

Для получения заготовок волоконных световодов используются: хлориды S1CI4, GeCU, POCI3, ССЦ, фреон-113 (C2F3CI3) в качестве исходных реагентов, а также кислород и трубки из кварцевого стекла. Для легирования заготовок световодов добавками алюминия и иттербия способом пропитки пористого слоя в качестве исходных соединений использовались нитраты алюминия и иттербия. Для растворения солей этих элементов в основном применялась вода, однако в некоторых случаях использовались изопропиловый спирт и азотная кислота.

Опорная кварцевая трубка является реакционным объемом. В процессе изготовления заготовки опорная трубка, а впоследствии и сама заготовка, нагреваются до высокой температуры (более 2000С при схлопывании). При этом осажденное высокочистое кварцевое стекло может загрязняться примесями контактирующего с ним материала трубки, что приводит к увеличению оптических потерь в получаемых волоконных световодах [29,33,35,39,56,120].

Чтобы исключить влияние опорной трубки на оптические потери световодов, на внутреннюю поверхность трубы перед осаждением слоев сердцевины необходимо нанести защитный слой. Толщина этого защитного слоя должна зависеть от типа используемой кварцевой трубки и времени ее тепловой обработки [39,120]. Однако примесная чистота кварцевой трубы важна и при создании на основе активного световода волоконного лазера с двойной отражающей оболочкой, поскольку излучение накачки в этом случае распространяется по внутренней оболочке из кварцевого стекла. Поэтому качество кварцевой трубки сказывается на эффективности использования накачки. Кроме того, применяемые для получения заготовок световодов опорные кварцевые трубки должны иметь высокое качество по геометрическим параметрам, таким как овальность, толщина стенки, диаметр. Для получения заготовок с постоянным по длине распределением показателя преломления необходимо, чтобы указанные параметры поддерживались вдоль всей трубки с достаточной точностью.

При проведении экспериментов в данной работе использовались кварцевые трубы фирмы Heraeus из синтезированного методом химического осаждения из газовой фазы кварцевого стекла марки Suprasil F300 и из натурального кварцевого стекла марки Heralux-WG с номинальным внешним диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм. Концентрация имеющихся примесей и гидроксильных групп в этих трубах хорошо известна [121-123]. Кроме вполне удовлетворительной примесной чистоты данных кварцевых труб, следует отметить их хорошие геометрические параметры, поддерживаемые по всей длине трубки.

Степень чистоты исходных хлоридов, использующихся для получения заготовок, может оказывать существенное влияние на оптические потери в волоконных световодах [29,33,39,56,124-126]. В работе применялись реагенты особой чистоты, в которых общее содержание примесей переходных металлов не превышает 10 7-10"8 мас.% [124,125].

При получении заготовок световодов по методу MCVD основным компонентом реакционной смеси является кислород, используемый также и как газ-носитель, К чистоте кислорода предъявляются определенные требования по содержанию в нем загрязняющих примесей [29,33,39]. В данной работе использовался кислород, концентрация примесей переходных металлов и гидроксильных групп в котором не превышала 10"7 мас,%. Для этого медицинский кислород из баллона (соответствует требованиям ГОСТ 5583-78) подвергался дополнительной очистке. Примесь метана удалялась при помощи палладиевого катализатора, а вода и взвешенные частицы удалялись путем применения колонки с насадкой из молекулярных сит марки 13Х и фильтра Петря нова [29,39].

Для приготовления растворов использовались реактивы высокой степени чистоты (марки ОСЧ), а также особо чистая деионизованная вода, в которой после очистки общее содержание ионов металлов не превышало 10"6-10-7 вес.%. Азотная кислота и изопропиловый спирт марки ОСЧ подвергались доочистке в ИХВВ РАН перегонкой без кипения. Поскольку в качестве исходного соединения иттербия использовался его оксид, нерастворимый в воде, то для получения нитрата иттербия оксид предварительно растворялся в азотной кислоте.

Для изготовления заготовок активных световодов использовалось стандартное оборудование и технология MCVD метода [29,39,43,54,56]. Процесс получения заготовок световодов с сердцевиной, легированной ионами иттербия, комбинацией метода MCVD и способа легирования из раствора включает в себя несколько следующих основных стадий.

Обязательной предварительной операцией является огневая и химическая полировка трубки. Для этого опорная кварцевая трубка закрепляется в рабочей установке и через нее продувается смесь фреона с кислородом. Внешняя поверхность трубы при этом разогревается кислородно-водородной горелкой.

После этого на внутренней поверхности кварцевой трубки осаждаются слои защитной оболочки. Движение горелки в направлении потока смеси осуществляется со скоростью 70 мм/мин. Поток парогазовой смеси заданного состава по стеклянным магистралям подается в кварцевую трубу. По мере приближения к горячей зоне поток нагревается и при температуре свыше 1300С инициируются реакции окисления, приводящие к образованию частичек окислов [39,43,54,56,127,128]. Образовавшиеся частички под действием термофоретических сил [129-132] осаждаются на внутреннюю поверхность трубки перед перемещающейся горелкой. Движущаяся горелка проплавляет осажденный порошкообразный слой в сплошной прозрачный слой стекла. Толщина осажденного слоя зависит от величины потоков реагентов и от скорости перемещения горелки. Состав стекла каждого из слоев определяется составом парогазовой смеси, поступающей в зону реакции. По завершению прохода вдоль трубки, горелка автоматически быстро перемещается в обратном направлении до исходной позиции. Осаждения при этом движении не происходит, т.к. опорная трубка, а соответственно и реакционная смесь, не успевают разогреться до температуры начала реакции. Затем из стартовой позиции горелка вновь начинает движение с небольшой скоростью, происходит осаждение еще одного слоя стекла и т.д. Таким образом формируется материал защитной оболочки определенной толщины. Применение высокочистого кварцевого стекла в качестве материала оболочки сопряжено с определенными трудностями. Для стеклования осаждаемых на внутреннюю поверхность опорной трубки частиц SiCb требуется нагревать трубку до температуры, превышающей температуру размягчения стекла (1950С). В этом случае длительный процесс нанесения оболочки может приводить к деформации опорной трубки. Для предотвращения деформации кварцевой трубы вследствие её размягчения, температура нагрева внешней поверхности должна составлять около 1800С [39]. Поэтому в качестве материала защитной оболочки чаще всего использовалось кварцевое стекло, легированное фосфором и фтором. Фосфор позволяет понизить температуру проведения процесса осаждения, а фтор понижает показатель преломления кварцевого стекла, т.е. компенсирует эффект его повышения при легировании фосфором.

Далее на внутреннюю поверхность опорной трубки (со сформированной защитной оболочкой) производится осаждение пористого слоя стекла сердцевины, для дальнейшей его пропитки раствором, содержащим ионы иттербия. Суть способа легирования стекла сердцевины из раствора заключается в следующем (схематично это изображено на рисунке 2.2).

Лазерные и оптические характеристики активных световодов

На рисунке 3.4 приведена экспериментально полученная зависимость объема открытых пор (удерживаемый пористым слоем объем раствора) единицы длины трубчатой преформы от температуры спекания пористого слоя для кварцевого и германосиликатного стекол различного состава. Поскольку спекание пористого слоя обусловлено механизмом вязкого течения [157-163], то кривые на данном рисунке - это аппроксимация экспериментальных результатов экспонентой. Кривая 1 соответствует стеклу состава 0.80SiO2/0.20GeO2, кривая 2 - стеклу 0.85SiO2/0.l5GeO2t кривая 3 - стеклу 0.964SiO2/0.036GeO2, кривая 4 - стеклу Si02.

Нижний предел температуры спекания на данном рисунке (для всех составов стекла пористого слоя за исключением кривой 3) обусловлен прочностью сцепления пористого слоя с опорной трубкой. При слишком низких температурах прочность сцепления пористого слоя с подложкой может оказаться недостаточной, тогда слой может разрушиться при пропитке или при стекловании. Кроме того, пористый слой, сформированный при достаточно низкой температуре спекания, может потребовать более длительного процесса его пропитки и сушки, особенно в случае использования растворов с достаточно высокой концентрацией компонентов.

Верхний предел температуры спекания обусловлен частичным проплавлением пористого слоя горелкой. При температурах выше указанных пористый слой получается сильно спеченным, частично остекловывается горелкой, а это ведет к недостаточной пористости, а как следствие - к неполной пропитке пористого слоя сердцевины использующимся раствором. Значительная часть раствора в этом случае удерживается на поверхности пористого слоя, а не в его объеме. При этом при стекловании таких заготовок центральная часть оказывается обогащенной компонентами рабочего раствора, что может негативно сказываться на общем распределении редкоземельного элемента в сердцевине. Кроме того, сердцевина заготовок, пористый слой которых изготовлен в этих температурных режимах, часто содержит большое количество пузырьков, что, по всей видимости, связано с образованием замкнутых пор [115,163,164].

На рисунке 3.5 приведен результат рентгеновского микроанализа заготовки, пористый слой из кварцевого стекла при изготовлении которой спекался при слишком высокой температуре (порядка 1800С). Видно, что центральная часть сердцевины имеет повышенное содержание оксидов иттербия и алюминия, т.к. при спекании пористого слоя при высокой температуре он оказывается слишком тонким по толщине и имеет значительную относительную плотность, приближающуюся к 90-95%, а поэтому большая часть раствора удерживается не в объеме пористого слоя, а на его поверхности.

Поскольку экспериментальные зависимости, приведенные на рисунке 3.4, имеют экспоненциальный характер, то объем раствора, удерживаемый пористым слоем, очень сильно зависит от температуры его спекания, особенно в области сравнительно низких температур. Небольшие колебания температуры могут приводить к сильным изменениям пористости и, как следствие, к большим вариациям концентрации активной добавки по длине преформы. Очевидно, что к таким же последствиям могут приводить колебания толщины стенки по длине опорной трубы.

На рисунке 3.6 приведено распределение легирующей добавки иттербия по длине заготовок, пористый слой из чистого SiCb в которых спекался при различных температурах. Видно, что с повышением температуры спекания пористого слоя равномерность распределения редкоземельного элемента улучшается. Для заготовок, пористый слой которых был получен при наиболее низких температурах спекания, неравномерность в распределении добавки иттербия больше.

Поэтому в дальнейшей работе пористый слой на основе легированного оксидом германия или чистого кварцевого стекла изготавливался при достаточно высоких температурах, которые являются оптимальными как с точки зрения изготовления пористого слоя различного состава для получения заготовок хорошего оптического качества (отсутствие пузырьков, включений), так и с целью получения более ровного распределения добавки иттербия по длине преформы.

В итоге можно заключить, что оптимальными для получения заготовок с сердцевиной, легированной оксидом иттербия, являются следующие температурные режимы спекания пористого слоя: 1680-1750С - для чистого кварцевого стекла; 1660-1720С - для кварцевого стекла, легированного 3.6 мол.% оксида германия; 1540-1650С - для кварцевого стекла, легированного 15 мол.% оксида германия; 1450-1560С - для кварцевого стекла, легированного 20 мол.% оксида германия. Во всех случаях это соответствует относительной плотности пористого слоя равной 75-85%. В большинстве случаев использовалась температура спекания, находящаяся в середине указанных температурных интервалов. При этом неравномерность распределения добавки иттербия по длине заготовок не превышала 10%.

Типичный диаметр сердцевины в заготовках составлял около 1 мм. Однако в некоторых случаях необходимо было получить заготовку с существенно большим диаметром сердцевины. При этом увеличить диаметр сердцевины можно путем осаждения большего объема пористого слоя за счет увеличения потока SiCI4 при осаждении частиц «сажи». Поэтому была получена серия заготовок, во время осаждения пористого слоя которых в зону реакции подавалось различное количество хлорида кремния. Полученный таким образом пористый слой спекался при оптимальной для нелегированного кварцевого стекла температуре.

Однако было замечено, что при увеличении доли хлорида кремния в парогазовой смеси равномерность параметров заготовки по ее длине значительно снижается. Это показано на рисунке 3.7, где приводится изменение диаметра сердцевины и концентрации оксида алюминия по длине заготовки для пористых слоев, полученных при различных потоках хлорида кремния. Для пропитки пористого слоя использовался раствор с концентрацией нитрата алюминия 0.6 моль/л.

Похожие диссертации на Получение высокочистых стекол на основе диоксида кремния, легированных оксидом иттербия, для активных волоконных световодов