Оптическое волокно

 

Изобретение относится к производству оптического стекла для изготовления волоконно-оптических элементов. Оптическое стекло включает сердцевину и оболочку. Стекло серцевины содержит, мас.%: SiO₂ 42 - 53; GeO₂ 0,5 - 5,0; ZnO 12 - 18; BaO 16 - 24; k₂O 4,8 - 9,2; Na₂O 3,2 - 6,2; As₂O₃ или CeO₂ 0,3 - 0,5; ZnO₂ 1,0 - 8,0; Y₂O₃ 0,5 - 5,0. Стекло оболочки содержит мас.%: SiO₂ 58,5 - 65,0; B₂O₃ 15 - 23,0; BaO 0,5 - 2,5; K₂O 4,0 - 11,5; Na₂O 1,0 - 5,5; Zi₂O 0,1 - 1,0; As₂O₃ или CeO₂ 0,3 - 0,5; ZnO или MgO 0,5 - 2,0; Al₂O₃ 0,5 - 5,5. Оптическое волокно имеет в среднем ТКЛР равным 83 10^-7 град^-1 и не кристаллизуется. 2 табл.

Изобретение относится к производству оптического стекла для волоконно-оптических элементов со ступенчатым распределением показателя преломления.

Известно оптическое волокно, содержащее сердцевину состава, мас. SiO₂ 35-45; Al₂O₃ 3-7; B₂O₃ 9-13; BaO 35-45; R₂O 1,2-6; RO 4-11 и стеклянную оболочку состава, мас. SiO₂ 66-71; Al₂O₃ 4-7; B₂O₃ 7-12; R₂O 12-16; MgO или CaO до 2; ZnO, ZrO₂, TiO₂ 0-3. Оптическое волокно имеет апертуру 0,49-0,52 и коэффициент термического расширения стекол жилы и оболочки (80-88).10^-7.

Задачей изобретения является повышение числовой апертуры и улучшение цветопередачи.

Конкретные составы стекол приведены в табл.1.

Стекла получают из однородных смесей (шихт) компонентов с применением реактивов с содержанием железа не более 510^-4 мас. и других переходных металлов Cu, Mn, Cr, V, Ni, Co не более (5-11)10^-6мас. (отечественного производства). Смеси шихтных компонентов (массой 3-4 кг) готовят в стерильном боксе. Варку стекол проводят при 1250-1350^оС в электропечи в кварцевом тигле емкостью 5 л с использованием центробежного осветления стекломассы. После осветления стекломассы сердцевины снижают температуру до температуры выработки (850^оС) и проводят вытягивание штабиков из стекла сердцевины вертикально вверх непосредственно с поверхности стекломассы. Далее направляют стекло оболочки и вытягивают штабик с оболочкой с поверхности расплава. Затем из готовой заготовки вытягивают оптическое волокно, которое характеризуется четкой границей раздела и высоким светопропусканием.

Свойства стекол и оптического волокна приведены в табл.2.

Составы стекол при использовании отечественных шихтных материалов с содержанием железа до 510^-4 мас. и переходных металлов до 510^-6мас. имеют высокое пропускание, малую склонность к кристаллизации (практически не кристаллизуются за 6 ч) сравнительно низкий ТКЛР 8310^-7 град^-1/ВС/ и 6510^-7 град^-1 /ВО/. По- лученные из них оптические волокна характеризуются повышенным светопропусканием, улучшенной цветопередачей, хорошей прочностью и радиационностойкостью, малыми потерями ( 50-60 дБ/км), повышенной термостойкостью.

Кроме выполнения первоочередных требований низкого показателя преломления, хорошей химической стойкости, низкой склонности к кристаллизации, необходимо, чтобы ТКЛР стекла оболочки был меньше ТКЛР стекла сердцевины не более, чем на 2010^-7, а также чтобы значения вязкости стекол сердцевины в оболочки при температуре вытяжки были сравнимы.

Введение новых компонентов, а также выбор указанного соотношения компонентов сердцевины обеспечивает снижение ТКЛР в среднем до 8310^-7град^-1, повышение пропускания, получение практически некристаллизующегося технологического стекла, обеспечивающего улучшенную цветопередачу. Предлагаемое стекло для сердцевины оптического волокна отличается от стекла-прототипа отсутствием оксида кальция, способствующего повышению склонности к кристаллизации, более низким содержанием дефицитного дорогостоящего оксида германия. Введение оксида циркония повышает пропускание и показатель преломления, а введение оксида иттрия повышает показатель преломления. Указанная вариация компонентов обеспечивает значение ТКЛР в среднем 8310^-7 град ^-1. Стекло для оболочки 6510^-7 град^-1, n_D 1,49 совместимо со стеклом сердцевины, что в паре со стеклом сердцевины обеспечивает 2010^-7 град^-1 _ин=50-52% при l= 10000 мм 2 мм.

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, содержащее стеклянную сердцевину, включающую SiO₂, BaO, K₂O, Na₂O, Li₂O и стеклянную оболочку, включающую SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, K₂O, Na₂O, Li₂O, ZnO или MgO, отличающееся тем, что стекло сердцевины дополнительно содержит GeO₂, ZnO, ZrO₂, Y₂O₃, As₂O₃ или CeO₂ и имеет состав, мас. %: SiO₂ - 42 - 53 BaO - 16 - 24 K₂O - 4,8 - 9,2 Na₂O - 3,2 - 6,2 Li₂O - 0,5 - 1,3 GeO₂ - 0,5 - 5,0 ZnO - 12,0 - 18,0 ZrO₂ - 1,0 - 8,0
Y₂O₃ - 0,5 - 5,0
As₂O₃ или CeO₂ - 0,3 - 0,5
а стекло оболочки дополнительно содержит BaO, As₂O₃ или CeO₂ и имеет состав, мас.%:
SiO₂ - 58,5 - 65,0
B₂O₃ - 15,0 - 23,0
Al₂O₃ - 0,5 - 5,5
K₂O - 4,0 - 11,5
Na₂O - 1,0 - 5,5
Li₂O - 0,1 - 1,0
ZnO или MgO - 0,5 - 2,0
ВаО - 0,5 - 2,0
As₂O₃ или CeO₂ - 0,3 - 0,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2