Исследование характеристик оптического волокна с внутренней структурой микронеоднородностей, сформированной с помощью эффекта плавления

Булатов М.И., Грачев Н.А., Конин Ю.А., Луценко А.С., Мальков Н.А., Перминов А.В., Петров А.А., Стариков С.С., Щербакова В.А.

Полный текст «Оптического журнала»

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Конин Ю.А., Щербакова В.А., Булатов М.И., Мальков Н.А., Луценко А.С., Стариков С.С., Грачев Н.А., Перминов А.В., Петров А.А. Исследование характеристик оптического волокна с внутренней структурой микронеоднородностей, сформированной с помощью эффекта плавления // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 11. С. 80–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-11-80-89

Konin Yu.A., Scherbakova V.A., Bulatov M.I., Malkov N.A., Lutsenko A.S., Starikov S.S., Grachev N.A., Perminov A.V., Petrov A.A. Structural characteristics of internal microcavities produced in optical fiber via the fuse effect [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 11. P. 80–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-11-80-89

Ссылка на англоязычную версию:

Yu. A. Konin, V. A. Scherbakova, M. I. Bulatov, N. A. Malkov, A. S. Lucenko, S. S. Starikov, N. A. Grachev, A. V. Perminov, and A. A. Petrov, "Structural characteristics of internal microcavities produced in optical fiber via the fuse effect," Journal of Optical Technology. 88(11), 672-677 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000672

Аннотация:

Рассмотрена внутренняя структура микронеоднородностей одномодового и многомодового оптических волокон в акрилатном и полиимидном защитных покрытиях после разрушения сердцевины эффектом плавления, созданным за счет прохождения вспышки плазмы. Рассчитанная скорость распространения плазмы составила 61 ± 2 см/с. Структура микронеоднородностей исследована с торцевой и боковой поверхностей волокон, ее размеры составили 2,7 ± 0,5 и 5,6 ± 0,7 мкм соответственно. Определены пределы прочности поврежденных и неповрежденных одномодовых волокон с использованием методов двухточечного изгиба и осевого растяжения. Экспериментально установлено, что после разрушения сердцевины прочность на изгиб волокон с защитными покрытиями обоих типов уменьшилась на 5–8%, а прочность волокон на разрыв с полиимидным покрытием — на 72–83% и на 26–30 % — с акрилатным покрытием.

Ключевые слова:

волоконная оптика, одномодовые и многомодовые оптические волокна, свойства оптического волокна, прочность оптического волокна, эффект плавления оптического волокна

Благодарность:

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы деятельности научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование».

Коды OCIS: 060.2400, 050.2230

Список источников:

1. Kashyap R., Blow K.J. Observation of catastrophic self-propelled self-focusing in optical fibres // Electron. Lett. 1988. V. 24. № 1. P. 47–49.
2. Kashyap R. Self-propelled self-focusing damage in optical fibres // Proc. Xth Int. Conf. Lasers. 1988. P. 859–866.
3. Kashyap R., Sayles A., Cornwell G.F. Heat flow modeling and visualization of catastrophic self-propagating damage in single-mode optical fibres at low powers // Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1996. V. 2966. P. 586–591.
4. Hand D.P., Russell P.St.J. Solitary thermal shock waves and optical damage in optical fibers: The fiber fuse // Opt. Lett. 1988. V. 13. № 9. P. 767–769.
5. Davis D.D., Mettler S.C., DiGiovani D.J. Experimental data on the fiber fuse // Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1995. V. 2714. P. 202–210.
6. Davis D.D., Mettler S.C., DiGiovani D.J. A comparative evaluation of fiber fuse models // Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1996. V. 2966. P. 592–606.
7. Yakovlenko S.I. On reasons for strong absorption of light in an optical fibre at high temperature // Quantum Electron. 2004. V. 34. № 9. P. 787–789.
8. Todoroki S. In-situ observation of fiber fuse propagation // Japan. J. Appl. Phys. 2005. V. 4. № 6A. P. 4022–4024.
9. Todoroki S. Animation of fiber fuse damage, demonstrating periodic void formation // Opt. Lett. 2005. V. 30. № 19. P. 2551–2553.
10. Bufetov I.A., Frolov A.A., Dianov E.M., et al. Dynamics of fiber fuse propagation // Proc. Nat. Fiber Optic Engineers Conf. 2005. V. 4. DOI:10.1109/OFC.2005.192998
11. Yakovlenko S.I. Plasma behind the front of a damage wave and the mechanism of laser-induced production of a chain of caverns in an optical fibre // Quantum Electron. 2004. V. 34. № 8. P. 765–770.
12. Domingues M.F., Paixão T., Mesquita E., et al. Hydrostatic pressure sensor based on micro-cavities developed by the catastrophic fuse effect // Proc. SPIE. 2015. V. 9634. DOI:10.1117/12.2195066
13. Konin Y.A., Bulatov M.I., Shcherbakova V.A., et al. Investigation of the properties of an all-fiber temperature sensor created using the melting effect // Instrum. Exp. Tech. 2020. V. 63. P. 511–515.
14. Щербакова В.А., Конин Ю.А., Стариков С.С. и др. Разработка термочувствительного волоконно-оптического рассеивателя излучения для фотодинамической терапии // Тез. докл. 25 Всерос. научной конф. студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-25, Крым). 2019. С. 260–261.

15. Matthewson M.J., Kurkjian C.R., Gulati S.T. Strength measurement of optical fibers by bending // J. Am. Ceram. Soc. 1986. V. 69(11). P. 815–821.
16. Chang T.C., Hsiao C.M., Chen W.J., et al. The mechanical reliability study of optical fiber (ribbon) by twopoint bending method // J. Telecommun. 1996. V. 26(3). P. 477–496.
17. Armstrong J.L., Matthewson M.J., Kurkjian C.R. Humidity dependence of the fatigue of high-strength fused silica optical fibers // J. American Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 12. P. 3100–3108.
18. France P.W., Paradine M.J., Reeve M.H., et al. Liquid nitrogen strengths of coated optical glass fibers // J. Materials Sci. 1980. V. 15. P. 825–830.
19. Chean V., Robin E., Abdi R., Sangleboeuf J. Study of the mechanical behavior of the optical fiber by a marktracking method // The European Phys. J. Conf. 2010. V. 6. P. 1–8.
20. Мильков А.В., Яковлев М.Я. Оценка надежности оптического волокна на основе испытаний на кратковременную прочность и статическую усталость // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2002. № 1–2. C. 86–90.
21. Mélin G., Guitton P., Montron R., et al. Radiation resistant single-mode fiber with different coatings for sensing in high dose environments // IEEE Trans. Nuclear Sci. 2019. V. 66. № 7. P. 1657–1662.