Получение одномодовых волоконных световодов с предельно малыми оптическими потерями на основе высокочистого кварцевого стекла легированного фтором тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

в о

■'Министерство высшего и среднего специального образования Горьковский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. Н. И. Лобачевского

На правах рукописи удк <521.391.029.7

МИРОШНИЧЕНКО Сергей Иванович

ПОЛУЧЕНИЕ одномодовых волоконных СВЕТОВОДОВ С ПРЕДЕЛЬНО МАЛЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ ПОТЕРЯМИ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧИСТОГО КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА ЛЕГИРОВАННОГО ФТОРОМ

( 02.00.01 - неорганическая химия )

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Горький !9?0 Г,

Работа выполнена в Институте химии высокочистых веществ АН СССР, г. Горький

Научный руководитель: доктор химических наук

А. Е Гурьянов

Официальные оппоненты:

доктор химических наук

М. Ф. Чурбанов

кандидат физ. -мат. наук

Е Ы. Ыашинский

Ведущая организация: Ордена Трудового Красного Знамени

Институт радиотехники и электроники АН СССР.

на заседании специализированного совета по химическим наукам при ГГУ им. Е И. Лобачевского (Л 063.77.01) по адресу: г.Горький, Д-22, проспект Гагарина, 23, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГГУ им. Е И. Лэбачевского.

Автореферат разослан " " Я 1990 г.

5

Ученый секретарь специализированного совета,

Защита состоится

в з часов.

доктор химических наук

И. А. Гурьев

'm^rrr^ з

c / ОБЩАЯ ХАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

я. а. - !

уальность темы. Одномодовые волоконные световоды (ОВС) на основе высокочистого кварцевого стекла в настоящее время является оптимальной передающей средой для систем дальней оптической связи. Они имеют самую широкую полосу пропускания и могут быть получены с более низкими оптическими потерями, чем многомодовые световоды. Подбор соответствующих параметров световодной структуры позволяет получать ОВС с нулевым значением хроматической дисперсии как в области 1,3, так и в области 1,55 мкм, а также с малой величиной дисперсии в широком спектральном диапазоне. При помощи ОВС осуществляется передача информации со скоростью в несколько Гбит/сек. на расстояние в сотни километров без ретрансляции сигнала с1].

К началу настоящей работы за рубежом была разработана технология получения ОВС с малыми оптическими потерями и различными дисперсионными характеристиками. В нашей стране к этому времени было опубликовано лишь несколько работ, посвященных разработке теоретических основ ОВС, а также получению световодов с потерями около 1 дБ/км. Публикаций о получении ОВС с оптическими потерями, близкими к предельно малым, в отечественной литературе не было.

Одной из основных проблем при получении ОВС с предельно малыми оптическими потерями на основе высокочистого кварцевого стекла по методу химического осаждения из газовой фазы на внутреннюю поверхность оперной кварцевой трубки (i.CVD) является нанесение слоя стекла защитной оболочки. Толщина этого слоя должна быть достаточной для предотвращения диффузии вагрязняю-щих примесей (в основном гидроксильных групп) из материала

опорной трубки в световедущую область световода Наиболее подходящим материалом для отражающей оболочки ОВС является кварцевое стекло, легированное фосфором и фтором. Легирование фосфором позволяет понизить температуру проведения процесса и тем самым избежать деформации опорной трубки, в то время как добавка фтора компенсирует эффект повышения показателя преломления кварцевого стекла при легировании его фосфором. Кроме того, для получения ОВС различных конструкций в световодной структуре необходимо иметь области с показателем преломления ниже, чем показатель преломления чистого кварцевого стекла. С этой целью так же как правило применяется легирование стекла фтором, так как он, в отличие от бора, не вносит дополнительных оптических потерь в интервале длин волн 1,0-1,8 икм [2].

^ Несмотря на то, что первые сообщения о легировании кварцевого стекла фтором в КШ) методе относятся еще к 1975-76 гг., [3,4], к моменту начала настоящей работы была опубликована лишь одна работа [5], посвященная изучению некоторых аспектов химии процесса и совершенно не исследовалось легирование кварцевого стерла фтором и фосфором одновременно.

Цель работы. В настоящей работе решалась задача разработки методики получения ОВС с предельно малыми оптическими потерями и различными дисперсионными характеристиками. Поставленная задача потребовала так же исследования процесса легирования кварцевого стекла фтором и фосфором при условиях, характерных для МСУй метода получения заготовок волоконных световодов.

Научная новизна работы. Проведен термодинамический анализ процесса легирования кварцевого стекла фтором и фосфором в условиях ЮТ) ьэтода получзшк заготовок

волоконных световодов.

Показано, что количество фтора и фосфора, включенных в состав стекла, определяется термодинамическим равновесием в реакционной смеси, включающим как газовую, так и конденсированную фазы.

Установлено, что наиболее подходящим соединением для легирования кварцевого стекла фтором является тетрафторид кремния. При его использовании показана возможность получения легированного фтором кварцевого стекла с разностью показателей преломления до -6,5-Ю"3 при незначительном уменьшении выхода стеклообразного диоксида кремния. При использовании фреонов в качестве исходных соединений для легирования кварцевого стекла фтором в МСУй процессе максимальная величина разности показателей преломления легированного фтором и чистого кварцевого стекла составила -4-10"3. Увеличение концентрации фреонов в исходной парогазовой смеси приводит к уменьшении зыхода стеклообразного диоксида кремния вплоть до нуля.

Практическая ценность. Исследован процесс легирования кварцевого стекла фтором и фосфором в условиях МСУО метода получения заготовок волоконных световодов. Проведен анализ источников загрязнения стекла гидроксильными группами, изучено влияние основных технологических параметров за характеристики заготовок и световодов. Разработаны методики толучения ОВС с предельно малыми оптическими потерями практи-1ески всех основных типов структур с различными дисперсионными :арактеристиками. Методики характеризуются хорошей воспроизво-:имостью основных характеристик заготовок и световодов. Разра-отанная методика получения ОВС внедрена на опытном участке ХВВ АН СССР и КБ "Кабель" (г.Уфа).

На 8адату выносятся:

1. результаты исследования процесса легирования кварцевого стекла фтором в условиях MOTD метода получения волоконных световодов;

2. методики получения одномодовых световодов с различными дисперсионными характеристиками и оптическими потерями, близкими к предельно малым.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V Всесоюзной конференции по проблемам волоконно-оптических систем передачи информации (Москва. 1088 г.); на VIII Всесоюзной конференции по методам получения и анализа выоокочистых веществ (Горький, 1988 г.); на VIII Межотраслевой конференции "Системы передачи для зоновых сетей ЕАСС и специальных оистем связи" (Уфа, 1989 г.); на IX Международной школе по когерентной оптике (Ужгород, 1989 г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в б статьях и 3 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав и выводов. Содержит 37 рисунков, 18 таблиц, список цитируемой литературы (154 наименования) и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дана обедя характеристика работы, показана астуалыюсть исследования и сформулирована цель работы.

Первая глава диссертации носит обзорный характер В ней триведена классификация ОВС, рассмотрены основные составлящие гатических потерь, а такие дисперсионные свойства ОВС на осно-¡е кварцевого стекла. Проведен анализ современного состояния ■роблемы разработки технологии ОВС с предельно малыми оптичес-ими потерями и различными дисперсионными характеристиками, оказано, что при получении ОВС с предельно малыми оптическими этерями и различными дисперсионными характеристиками по !«СУБ ;тоду необходимо легирование кварцевого стекла фтором и фос-)ром. Рассмотрены результаты работ по легированию кварцевого ■екла фтором в ШУО методе, приведены основные свойства леги-ванного фтором кварцевого стекла.

Из литературного обзора следует, что на сегодняшний день гально изучены основные составляющие оптических потерь и зперсионные свойства ОВС на основе кварцевого стекла. За ру-ком разработана технология получения ОВС с предельно малыми ?ическлми потерями и различными дисперсионными характеристик т. В то яе время в нашей стране работы в этом направлении ктически отсутствуют.

Во второй главе содержится описание экспериментальной ус-овки, охарактеризованы основные исходные материалы и реа-ш. описаны методики проведения экспериментов и измерений эвных характеристик образцов заготовок и волоконных свето-

)В.

Все эксперименты проводились на установке, предназначен-

ной для получения заготовок волоконных световодов по МОД) методу. Она включала в себя станок для обработки стекла, систему дозирования реагентов и систему автоматического регулирования основных параметров процесса

Блок подготовки исходных реагентов состоял и8 термостати-руемой емкости 6 размещенными в ней жидкими реагентами (31С14. (ЗеС14> Р0С13, С^СНд и СС14), баллонов с фреоном-12 и тетра-фторидом кремния и электронных регуляторов расходов газов. Дозирование жидких реагентов проводилось путем барботирования кислорода через слой реагента. Температура в термостатируемо< емкости 20+0,1°С, стабильность потоков газов не хуже ±11 о: номинального значения расхода в пределах от 0,01 до 1 л/мин, Это позволяло создавать исходную парогазовую смесь с точность +1% от заданной концентрации.

Система автоматического регулирования основных параметре процесса обеспечивала постоянство диаметра опорной трубки интервале ±0,1 мм и температуры нагрева ее внешней поверхнос^ в интервале ±10°С.

Содержание фтора и фосфора в кварцевом стекле рассчитыв; лось как правило по результатам измерениий показателя прело! ления в образце, выполненных при помощи анализатора заготов "Р-101". Основные характеристики ОБО (оптические потери и ди Персия) определялись в ИХВВ и ИОФ АН СССР. Точность измерен величины оптических потерь ±0,03 дБ/км. Величина ошибки г определении величины хроматической дисперсии +1,2 пе/(нм га а в определении длины волны нулевого значения хроматичес! дисперсии - ±0,02 мкм.

В третьей главе приведены результаты исследования проц са легирования кварцевого стекла фтором и фосфором в услов

МСТБ метода получения заготовок волоконных световодов. Описана модель термодинамического равновесия и ее реализация на ЭВМ, обсуждаются результаты термодинамического анализа систем 31-С1-0-Г, 31-С1-0-Р-С. 31-С1-0-Р-Р и 31-С1-0-Р-С-Р.

Четвертая глава посвящена разработке методик получения ОБО различных типов. Проведено обоснование выбора световодных структур, выбора составов стекла отражающей оболочки и сердцевины. Проанализированы основные источники загрязнения кварцевого стекла гидроксильными группами. Приведены методики получения ОВС для систем связи на 1,3 и 1,55 мкм, а также основные характеристики заготовок и световодов, полученных по разработанным методикам.

Легирование кварцевого стекла фтором и фосфором.

Легирование кварцевого стекла фтором в условиях МСТО метода получения заготовок волоконных световодов проводилось с использованием фреона-12, фреона-113 и тетрафторида кремния в качестве исходных фторсодерзкащих соединений. Для большинства компонентов равновесной смеси термодинамические величины были ззяты из справочной и оригинальной литературы [6,7,8], стандартная теплота образования и приведенная энергия Гиббса ;Ю12Р2 была вычислена путем интерполяции с использованием со-тветствующих значений для БЮЦ, БЮ^, БЮ^д и 31Р4. В правочной литературе и оригинальных работах так же отсутству-г термодинамические величины для описания включенного в сосав стекла фтора.

Предполагалось, как и в [9,103, что при включении фтора в став кварцевого стекла, образуется соединение ЗШ3/2Р. фи

расчете равновесного состава смеси, образующейся при легировании кварцевого стекла фтором с использованием бл^ в качестве исходного соединения, была подобрана величина анергии Гиббса для БЮд/зР, которая позволяет наилучшим образом описать полученную экспериментально зависимость величины разности показателя преломления легированного фтором кварцевого стекла от концентрации в исходной парогазовой сМеои (рис.1). Максимальная разность показателей преломления легированного фтором и чистого кварцевого отекла, полученная в эксперименте, составила -6.5-10"3.

Температурная зависимость приведенной энергии Гиббса соединения БЮд^ была принята такой же, как и для 5Ш2 (конд.). Результаты расчета состава смеси, находящейся в термодинамическом равновесии при условиях, характерных для МСТБ метода получения заготовок волоконных световодов (Р - 1 атм., Т -1700 - 2300 К) показывают» что основными фторсодержащими соединениями в газовой фазе являются и 51Р3С1, причем их содержание практически не изменяется в рассмотренном температурном интервале, что согласуется с результатами [9]. Изменена содержания БЮд^ в конденсированной фазе, а следовательно ] показателя преломления практически во всем температурном ин тервале не превышает ошибки определения величины разности по казателей преломления. Полученный результат объясняет набж давшуюся ранее в С9,10] независимость величины разности поте зателей преломления легированного фтором и чистого кварцево1 стекла при изменении температуры проведения МСТО процесса.

Увеличение концентрации Фреонов в исходной парогазов! скоси приводит I; уыоны»ни» выхода стеклообразного днокси, кроьашл вплоть ео нудя при соотношении фрзона и тетрайлор,!

10 20 30 40 50 Заг,, поп.

-1-1--1-г- 4

дыо

10 19 X г, коп. X

1----т—'

Рис. 1. Зависимость разности показателя преломления легированного фтором кварцевого стекла от содержания Б^Р^ в исходной смеси.

Рис. 2. Зависимость разности показателя преломления легированного фтором кварцевого стекла от содержания фреонов в исходной смеси.--Хд /Хд^! - 7.33;

3,65.

г з 1

3 4

2Ь/2»

Рис. 3. Зависимость эффективности осаждения от соотношения концентраций фторсодер-жащего соединения и тетра-хлорида кремния в исходной смеси. - - Хо/Хд^- 7,33;

- - - 3,65.

Рис. 4. Оптические потери в световодах на длине волны 1,39 мкм в зависимости от соотношения диаметров отражающей оболочки и сердцевины.

5

кремния равном 1,25 и 1,86 для фреона-113 и фреона-12 соответственно (рис.2).

Результаты расчета концентрационной зависимости разности показателей преломления легированного фтором кварцевого стекла при использовании фреонов в качестве исходных фторсодержащих соединений приведены на рис. 3. в сравнении с экспериментальными результатами. Видно хорошее согласие рассчитанных и экспериментальных значений. Из рисунка также видно, что даже при существенном изменении (в два раза) степени разбавления, т.е. соотношения кислорода и тетрахлорида кремния в смеси, зависимость показателя преломления от концентрации фторирующего реагента в исходной смеси практически не изменяется. Полученный результат согласуется с данными [9].

Термодинамический анализ системы Б1-0-С1-Р показал, что в условиях ЮБ процесса легирование кварцевого стекла фосфором нельзя объяснить образованием Р4010(конд.). Опираясь на результаты [11,12], в настоящей работе было сделано предположение о том, что фосфор в состав стекла включается по механизму растворения- фосфорсодержащих компонентов газовой смеси, образуя в конденсированной фазе соединение Р02 5 (конд.). Так же как и в случае с ЭЮд^, для Р02 ^ не удалось определить никаких термодинамических величин на основании литературных данных. Поэтому была выбрана величина энергии Гиббса, которая позволяет наилучшим образом описать результаты экспериментов по легированию кварцевого стекла фосфором с использованием Р0С13 в качестве исходного соединения.

При совместном легировании кварцевого стекла фосфором и фтором ранее считалось, что эти две добавки никак не влият друг на друга [9]. Одна!» проводонныз в пьотояцзГ; раоото исс-

ледования показали что результаты теоретического расчета удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными только в том случае, когда учитывается возможность образования газообразных фторсодержащих соединений фосфора. Причем с увеличением содержания фосфора в смеси, уменьшается его выход в конденсированную фазу, что может объяснить результаты [9].

Получение ОВС на основе легированного фтором и фосфором кварцевого стекла.

Применение высокочистого кварцевого стекла в качестве материала отражающей оболочки позволяет получать ОВС с предельно малыми оптическим? потерями, однако при этом для стеклования осаждаемых на внутреннюю поверхность опорной трубки частиц БЮ^ требуется нагревать трубку до температур, превышающих температуру размягчения стекла. Снизить температуру проведения процесса, а следовательно избегать заметной деформации опорной трубки, позволяет легирование кварцевого стекла фосфором. В настоящей работе была выбрана концентрация Р0С13 в исходной смеси 0,3 % мол. При этом обеспечивается снижение температуры проведения процесса, достаточное для предотвращения деформации и разрушения опорной кварцевой трубки и в то же время нет существенного роста оптических потерь в области 1,55 мкм.

Проведенные в данной работе исследования процесса легирования кварцевого стекла фосфором и фтором, позволяют рассчитать состазы исходной парогазовой смеси, содержащей один из фторсодержащих компонентов, для получения стекол с величиной

-О

разности показателя преломления от 0 до -6-10 . Стекло, легированное фосфором и фтором при получении ОВС, служило материа-

лом отражающей оболочки. В качестве материала сердцевины было выбрано кварцевое стекло, легированное германием.* Присутствие фосфора в стекле сердцевины нежелательно, т. к. в этом случае на длинах волн более 1,4 мкм становится заметным вклад поглощения связями Р-0 и Р-ОН в оптические потери волоконных световодов.

При получении волоконных световодов основной примесью, проявляющейся в спектре оптических потерь пиками поглощения на длинах волн 1.25 и 1.39 мкм, являются гидроксильные группы. Проведенный анализ возможных источников загрязнения кварцевого стекла ОН-группами показал, что:

1. Для предотвращения диффузии заметного количества гид-роксильных групп из материала опорной кварцевой трубки в све-товедущую область световода, необходимо чтобы диаметр отражающей оболочки (2Ь) превосходил диаметр сердцевины ОВС (2а) по крайней мере в 5,5 раз (рис.4).

2. Основное количество гидроксильных групп включается в состав стекла в процессе охлопывания трубчатой заготовки в сплошной стержень. Их источником являются водородсодержащие примеси в кислороде.

Получение ОБО для систем связи на 1,3 мкм.

Основными параметрами заготовки одномодового волоконного световода являются: показатель преломления сердцевины, показатель преломления отражающей оболочки, их распределение по сечению заготовки и геометрические размеры: диаметр заготовки, отратающей оболочки и диаметр сердцевины. Аналогичные параметры исчерпывающем образом описывают и волноводную структуру са-

мого световода Кроме того, важными характеристиками одномодо-вого световода являются: длина волны отсечки первой выспей моды, длина волны нулевой хроматической дисперсии и величина оптических потерь.

На начальном этапе разработки методик получения заготовок ОВС все расчеты проводились в предположении идеальной ступенчатой формы профиля показателя преломления. Основными заданными исходными параметрами были: разность показателей преломле-

_о

ния сердцевины и отражающей оболочки дп-7-10 ° соотношение диаметров оболочки и сердцевины 2а/2Ь-б, длина волны отсечки первой высшей моды Хс-1,2 мкм. Коррекция основных параметров процесса получения заготовок ОВС проводилась при помощи компьютерной программы [133. которая позволяет рассчитывать основные волноводные характеристики ОВС на основании результатов измерения реального профиля показателя преломления в заготовке.

По разработанной методике были получены 11 заготовок ОВС с компенсированной отражающей оболочкой. Профиль показателя преломления в одной из них представлен на рис. 5, а. В этой серии заготовок величины разностей показателей преломления составляют: Ant-(7,0±0,5)-10"3; дп"-(-0,3±0,2)-10"3.

Кз полученных заготовок были Еьггянуты световода Величина оптических потерь составила 0,38-0,62 и 0,22-0,54 дБ/км на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм соответственно. Длина волны отсечки равна 1,1-1,25 мкм. Для лучшей воспроизводимости этого параметра необходимо либо проводить отбор опорных трубок с одинаковой площадью поперечного сечения, лкСо пропорционально кз«?-нять все расходы реагентов.

CEC- о ;-<»гг/есс;к>пкачяо?! отгшакщей оболочкой л наетчеег лреш ггрчрс.-'- •vn4r1ui *> £гг»дк*у'этея п скеемая '.-отгш о ъейаъ*?

Рис. 5. Профили показателя преломления, измеренные в заготовках одномодовых волоконных световодов.

длиной волны 1,3 мкм. Это связано с тем, что в отличие от ОБО с компенсированной оболочкой, они содержат меньшее количество диоксида германия в сердцевине и следовательно могут быть получены с меньшими оптическими потерями.

При разработке методики получения ОВС с депрессированной отражающей оболочкой основными заданными параметрами были: ДгГ- -2-Ю"3. Дп+- 5-10~3, Д.е-1,2 мкм. 2Ь/2а-6.

По разработанной методике была получека серия из 14 заготовок. Профиль показателя преломления, измеренный в одной из них, приведен на рис. 5,6. Из него видно, что величины разности показателей преломления в сердцевине и оболочке хорошо согласуются с теми значениями, которые были залояэны в основание расчета. Воспроизводимость методики может быть охарактеризована тем, что величина разности показателей'преломления составила: (5,0+0,5)-10~3 в сердцевине и (-2,0+0,14)-10~3 в отра?з-ющей оболочке.

Из полученных заготовок были вытянуты световоды знесккм диаметром 125 мкм с длиной волны отсечки первой высгзй нодн 1,15-1,25 мкм. Более половины всех полученных световодоз и к ли оптические потери менее 0,6 дБ/км на длине волны 1,3 îkm и ие-нее 0,4 дБ/км на длнне волны 1,55 нкм. Цглимальнке потерн составили 0,36 и 0,20 дВ/ïcm на длинах волн 1,3 и 1,55 мк.\! соответственно.

Световоды с сильно депреесированнсч отрагакгоЗ оболочкой и сердцевиной из чистого 1сварцевого 07v.zr.û ^отег.'ггг.;:-- гс сшже низкие оптические потери и в кшя'сньгей псдг.:^-

лученных заготовок, показан на рис. 5,в. Разность показателей преломления сердцевины и отражающей оболочки в полученной серии заготовок ап-(-5,0±0,3)'10 ; соотношение диаметров отражающей рболочки и сердцевины >8. Минимальные оптические потери составили 0,34 и 0,18 дБ/км на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм соответственно.

Получение ОБО для систем связи на 1,55 мкм.

Соответствующие изменения параметров структуры одномодо-вого световода .позволяют модифицировать его волноводные характеристики таким образом, что точка нулевого значения хроматической дисперсии смещается в область абсолютного минимума оптических потерь световодов на основе кварцевого стекла, т. е. в район 1,55 мкм. Более того, возможно создание такой структуры, которая позволяет иметь небольшую величину дисперсии в широком Спектральном диапазоне.

Эксперименты, проведенные в настоящей работе, а также результаты С14] свидетельствуют о том. что для получения ОВС со смещенным в область 1.55 мкм нулевым значением хроматической дисперсии и оптическими потерями, близкими к предельно малым, необходимо чтобы концентрация легирующей добавки плавно изменялась при переходе от оболочки к сердцевине. В настоящей работе был выбран треугольный профиль распределения показателя преломления в сердцевине.

В процессе отработки методики число слоев в сердцевине для получения распределенного "По треугольному закону профиля показателя преломления варьировалось от 4 до 12. Изменялась также и величина разности показателей преломления между серд-

цэештой и отражающей оболочкой от 8-ю"3 до 1,5-ю-2 . Лучшие результаты были получены при числе слоев 6 и л п-1,3-10"2.

Профиль показателя преломления, измеренный в одной из полученных заготовок, изображен на рис. 5, г. Видно, что распределение показателя преломления в сердцевше имеет треугольную форму. Разработанная методика позволяет получать световоды с длиной волны нулевой хроматической дисперсии 1,55±0,05 иол. Минимальные оптичесгаге потери составляют 0,38 и 0,18 дБ/км на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм соответственно. Длина волны отсечки первой высгзй моды 0,9-1,0 мкм.

Уменьпгть чувствительность ОБС со смещенной дисперсией к микроизгибам позволяет применение многослойной отражающей оболочки. На рис. 5,д. приведен профиль показателя преломления, измеренный в одной из заготовок такого типа В таких световод?:: длина волны нулевого значения хроматической дисперсии располагается в области 1,55 мкм, а длина волны отсечки первой выспей моды мотет смещаться вплоть до 1,4 мкм в зависимости от пара-мэтров кольцевого возмущения на профиле показателя преломления в отражающей оболочке. Минимальные оптические потери в световодах этого типа составили 0,32 дБ/км на длине волны 1,55 жл.

При получении ОВС с плоской дисперсионной характеристикой в настоящей работе за базовую была ззята световоднэя структура с "квадрупольной" отраяакпей оболочкой. Шрзмзтры профиля показатели прело:-,¡лония были рассчитаны тесреткчзски з J101» СССР. Па рис. ö,e. представлен профиль по;са-ателя гтпэло!С~;,И'. изгереннкй в полученной заготовке, ¿'cnerotn та^г-ул-'-п 1 *■"/гi ': 'т/е гол'! от лг; 1.^С' '.г.-'. Ott™

чается от минимально возможных для световодов с такой структурой. Для того, чтобы оптические потери в световодах с плоской дисперсионной характеристикой были близки к предельно малым, т.е. к уровню потерь на релеевское рассеяние, необходима оптимизация параметров световодной структуры.

Выводы.

1. Иследован процесс легирования кварцевого стекла фтором и фосфором в МСУБ методе получения заготовок волоконных световодов.

Показано, что количество фтора и фосфора, включенных в состав стекла, определяется термодинамическим равновесием в реакционной смеси, включающим как газовую, так и конденсированную фазы.

2. Установлено, что наиболее подходящим исходным соединением для легирования кварцевого стекла фтором является тетраф-торид кремния. При его использовании возможно получение легированного фтором кварцевого стекла с разностью показателей преломления до -б,5-10"3 при незначительном уменьшении выхода стеклообразного диоксида кремния.

3. При использовании фреона-12 и фреона-113 в качестве исходных соединений для легирования кварцевого стекла фтором в МОТЭ процессе максимальная величина разности показателей преломления легированного фтором и чистого кварцевого стекла составила -4-10"3.

Увеличение концентрации фреонов в исходной парогазовой смеси приводит к уменьшению выхода стеклообразного диоксида кремния вплоть до нуля при соотношении фреона и тетрахлорида

кремния равном 1,25 и 1,86 для фреона-113 и фреона-12 соответственно.

4. Разработаны методики получения одномодовых световодов для систем связи с рабочей длиной волны 1,3 и 1,55 мкм. Основные характеристики световодов, полученных по разработанным методикам, не уступают аналогичным характеристикам световодов, производимых за рубежом.

5. Методика получения одномодовых световодов с депресси-рованной отражающей оболочкой внедрена на опытном производстве ИХВВ АН СССР и КБ "Кабель" (г.Уфа).

ЛИТЕРАТУРА.

1. Iwashita К. , Takachio N. . 4 Gbit/s CPFSK transmission experiment through 155 km single-mode fiber.: in Tech. Dip. OFC'88, New Orleans, Louisiana, 1988, paper PD15.

2. Irven J. , Harrison A. P. , Smith C. R., Long wavelength performance of optical fibers co-doped with fluorine.// Electron. Lett. 1981. Vol.17, p. 3-5.

3. Abe K. , Fluorine doped silica for optical waveguides.: in Conf. Proc. 2nd ECOC, Paris, France. 1976, p. 59-61.

4. Muhlich A. , Rau K. , Simmat F. , and Treber N. , New doped synthetic fused silica as bulk rraterial for optical fibres.: in Tech. Dig. 1st ECOC, London, England, 1975, post-deadline.

5. Valker K. L. , Csentsits R., and Wood D. L. , Chemistry of fluorine incorporation in the fabrication of optical fibers.: in Tech. Di£. CFC'83, (Ho« Orleans. LQ), 1983, рзрег TUA7.

6. Теруолннг сг^с.за индивидуальных веществ., под

ред. Глушко Е Е , изд. 3-е. М: Наука, 1978.

7. JANAF Tharmochemlcal Tables, 2nd Ed. , D. R. Stull and H. Prophet, NSRDS-NBS37, Washington, 1971.

8. Shlnmel M.. Imai T., Yokokawa T., Masson C. R., Thermodynamic study of SigOFgCg) from 723 to 1288 К by mass spectrometry. //J. Chem. Thermodynamics. 1986. Vol.18, p. 241-246.

9. Klrchhof J.. Klelnort P., Unger S. , and Funke A.. About the fluorine chemistry in M3VD: The influence of fluorine doping on SiOg deposition. // J. of Cryst. Res. Technol. 1986. Vol.21. N 11. p. 1437-1444

10. Белов A. R , Гурьянов A. R . Гусовский Д. Д., Девятых Г. Г., Дианов Е. М., Игнатьев С. R . Курков А. С.. Мирошниченко С. И.. Неуструев В. Б., Прохоров А. Ы . Одномодовые волоконные световоды на основе кварцевого стекла с предельно низкими оптическими потерями.// Высокочистые вещества 1988. N 3. С. 189-193.

1-1. Tien Т. Y.. and Hurrael F . А., Tho system Si02-P205,//J. Агтог. Ceram. Soc. 1962. Vol. 45. N 9. p. 422-424.

12. Duncan Т. M.. Douglas D. C.. Csentsits R. , and Valker K. L.,

1Q

Study of fluorine in silicate glass with F nuclear magnetic resonance spectroscopy.// J. Appl. Phys. Vol. 60. 1986. p. 130-136.

13. Курков А. С., Оптимизация и прогнозирование волноводных свойств одномодовых волоконных световодов. - канд. дисс., Москва, 1989.

14. Nelson К. Т.. LeMarle P. J.. Walker К. L. , The fabrication and performance of long length of silica core fiber.// J. Lightwave Technol. 1985. Vol. LT-3. N5. p. 935-941.

15. Ainslle B. J.. Beales K. J.. Cooper D. M , Day C. R., and Rush

J. D. , Drawing-dependent transmission loss on gormania-doped silica optical fibers.// J. Non-Cryst. Solids. 1982. Vol.47. N 2. p. 243-246.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Белов А. Е , Гурьянов А. Е , Гусовский Д. Д., Девятых Г. Г., Дианов Е. Е . Курков А. С. , Мирошниченко С. И., Неуструев Е R , Прохоров А. М.. Одномодовые волоконные световоды с потерями менее 1 дБ/км. // Квантовая электроника. 1987. т. 14. N 6. С. 1309-1310.

2. Гурьянов А. Е , Гусовский Д. Д. , Мирошниченко С. II , ХЬпнн

B. Ф.. Влияние степени чистоты кислорода на оптические потери волоконных световодов на основе кварцевого стекла. // Ш-сокочист. вещества 1987. N 2. С. 189-193.

3. Белов А. Е , Гурьянов А. Е , Гусовский Д. Д. , Девятых Г. Г. . Дианов Е. М. . Игнатьев С. Е , Курков А. С. , Мирошниченко С. К. , Неуструев Е Б. , Прохоров A. It , Одномодовые волоконные световоды на основе кварцевого, стекла с предельно низкими оптическими потерями. // Высокочистые вещества. 1988. Н 3.

C. 189-193.

4. Белов А. Е , Гурьянов А. Е , Гусовский Д. Д. , Дианов Е. И , Курков А. С., Мирошниченко С. К , Неуструев R Б. , Получение волоконных световодов на основе легированного фтором кварцевого стекла. // 8 Всесоюзная конференция по методам получения и анализа высокочистых веществ, Тезисы докладоз в 3-х частях. Горький, 1988, Ч. 1, С. 74-75.

5. Гусовский Д. П. . !йпс^!ич?пко С. II, Пименов С. II , Травление

центрального провала фторосодержащими реагентами при получении световодов по MCVD-методу. // 8 Всесоюзная конференция по методам получения и анализа высокочистых веществ, Тезисы докладов в 3-х частях, Горький, 1988, ч. 2, С. 251-252.

6. Белов А. Б., Курков А. С., Мирошниченко С. И. , Семенов В. А.,

■ Излучательные потери в одномодовых волоконных световодах с депрессированной оболочкой.// Квантовая электроника. 1989. N 11. С. 2305-2309.

7. Дианов, Е. Ы., Карпечев Е Е , Карпычев Н. С., Корниенко JL С., Мазавин С. М., Мирошниченко С. И. , Рыбалтовский А. 0. . Чернов В. П., Влияние технологических факторов на образование радиационных центров окраски в стеклянных волоконных световодах. // Физика и химия стекла. 1986. т. 12. N 5. С. 555-561.

8. Bogatyrev V. А., Bubnov М.М., Dianov Е. М. , Kurkov A.S., Mamy-shev P. V., Miroshnlchenko S. I., Rumyantsev S. D., Semenov V. A. , Semenov S. L. , Sysollatin A. A. , Chernikov S. V., Experimental generation of 0,2 THz fundamental soliton train in a fiber with varying dispersion.//Topical meeting on nonlinear guidod-wave phenomena, 1989, USA, Houston, Post-dead-lino. paper P. PD-9.