Кварцевые волоконные световоды с особыми оптическими и механическими свойствами
На правах рукописи
ШЕВАНДИН ВИКТОР СЕРГЕЕВИЧ
КВАРЦЕВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ С ОСОБЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
Специальности: 05.11.07 - оптические и оптико-электронные
приборы и комплексы
05.27.03 - квантовая электроника
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Санкт-Петербург
2006
Работа выполнена в ФГУП НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И.Вавилова"
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кондратьев Ю.Н.
Официальные оппоненты:
доктор химических наук Иванов Геннадий Анатольевич
доктор физико-математических наук, профессор Котов Олег Иванович
доктор технических наук, профессор Путилин Эдуард Степанович
Ведущее предприятие: СПб Государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Защита состоится в марте 2006 г. на заседании диссертационного Совета Д 212.227.01 при СПб ГУ ИТМО
Адрес: 197101, СПб, Кронверкский пр., д. 49, СПб ГУ ИТМО
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб Государственного университета информационных технологий, механики и оптики.
Автореферат разослан:
Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, СПб, Кронверкский пр., д. 49, секретарю диссертационного совета.
Ученый секретарь
диссертационного Совета Д 212.227.01 В.М. Красавцев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
К моменту постановки настоящей работы (начало 90-х годов) волоконная оптика уже получила становление как интенсивно развивающаяся отрасль науки и техники, а оптико-волоконные технологии нашли практическое применение в системах дальней и местной связи, приборостроении, научных исследованиях. Вместе с тем, многие сведения в этой области науки оставались отрывочными, а технологические приемы – или закрытыми для исследователей и разработчиков, или недостаточно надежными и воспроизводимыми. В частности, были достигнуты рекордные результаты по снижению величины оптических потерь в волокнах для дальней связи до уровня, определяемого релеевским рассеянием, деполяризация излучения в поляризационно-поддерживающих волокнах составила не более 10-3 в образцах километровой длины, высокая механическая прочность кварцевых волоконных световодов гарантировала их закладку в кабель для трансатлантической связи. Однако указанные успехи зачастую были единичными и прогресс в области технологии оптических волокон не мог составить завершенной картины. В связи с этим представлялось актуальным сосредоточить усилия на разработке таких типов световодов, которые заполняли бы разрывы в номенклатуре изделий, уже имеющихся или возникающих по мере расширения фронта научно-технических разработок в области волоконно-оптических технологий. Разрабатываемые типы световодов должны были обладать набором особых оптических и механических свойств с перспективой их применения в областях, составляющих альтернативу системам дальней связи.
Заинтересованность лаборатории оптических волокон в технологии металлических покрытий была стимулирована необходимостью улучшения прочностных характеристик оптического волокна для управления нестационарными объектами. Совокупность накопленных технических решений в технологии заготовок и вытяжке оптического волокна положительно сказалась при разработке низкодисперсионного и прозрачного в УФ области спектра световода.
Новый тип световодов – микроструктурированные (дырчатые, фотонно-кристаллические) оптические волокна – обладают уникальными дисперсионными свойствами, что может быть использовано как в линиях дальней связи для расширения полосы пропускания, так и в тех областях оптического приборостроения, где существенны динамические характеристики передающих систем. Это обстоятельство и определило наш интерес к разработке микроструктурированных волокон, а перспективы их использования в лазерной технике, нелинейной оптике, импульсной спектроскопии, оптической томографии также оказались адекватны сложившейся номенклатуре выпускаемых волоконных световодов.
В свете вышеизложенного работа автора была активизирована в следующих направлениях:
- разработка одно- и многомодовых световодов связного типа с герметичным покрытием и в тоже время сохраняющих достигнутый в технологии газофазного осаждения кварцевого стекла минимум оптических потерь;
- разработка широкополосного многомодового световода для передачи импульсного излучения в УФ области спектра;
- разработка многомодовых кварцевых световодов со ступенчатым профилем показателя преломления в герметичной металлической оболочке с условием их работы при повышенной температуре среды и сохранением или увеличением присущей аналогам высокой механической прочности и надежности;
- разработка нового типа микроструктурированных волоконных световодов с дырчатой светоотражающей оболочкой, отличающихся уникальными дисперсионными свойствами, повышенной числовой апертурой, высокой радиационной стойкостью с перспективой их использования в лазерной технике, нелинейной оптике, импульсной спектроскопии, оптической томографии.
В диссертации отмечено, что перечисленные выше направления работ в аспекте технологии вытяжки оптического волокна предусматривают, в основном, разработку технологии его защитного покрытия (за исключением последнего из указанных пунктов). Известно, что основные оптические и механические характеристики световодов определяются структурой и качеством материала исходной заготовки, в то время как защитное покрытие, предназначенное для сохранения высокой начальной прочности кварцевого волокна, способно оказывать существенное влияние и на его оптические свойства.
Цель диссертационной работы
Целью диссертационной работы являлась разработка технологии нескольких типов кварцевых волоконных световодов, которая обеспечила бы соответствие параметров изделий комплексу специфических требований, отличающих их от аналогов по ряду оптических и механических свойств, а также возможностью эксплуатации в экстремальных условиях и повышенной долговечностью. В процессе выполнения работы решались следующие основные задачи:
- исследование процессов образования различных типов волоконных покрытий, определяющих совокупность особых свойств (малые потери излучения, высокая прочность, долговечность, сохраняемость исходных параметров в экстремальных условиях эксплуатации) световодов для дистанционного контроля и внутриобъектовой связи;
- исследование влияния структуры светоотражающей оболочки, состава исходных материалов, технологии сборки преформы и вытяжки волокна на процессы распространения излучения по микроструктурированным световодам в линейном и нелинейном режимах.
Методы исследований
Основным методом исследования было изменение условий вытяжки оптического волокна (таких, как скорость вытяжки, температура разогрева заготовки, величина натяжения волокна), его геометрических параметров (диаметр волокна, структура дырчатой светоотражающей оболочки, толщина покрытия, концентричность), физико-механических свойств и вида материала защитного покрытия для определения степени влияния указанных факторов на оптические и механические характеристики получаемых волоконных световодов. В качестве частных методов привлекались: метод обрыва для контроля оптических потерь, методика Вейбулла и тестовая перемотка по всей длине для оценки механической прочности оптических волокон.
Защищаемые положения
- Световоды для систем дистанционного контроля и внутриобъектовой связи
- Получение на волоконном световоде металлической защитной оболочки, не вносящей дополнительных потерь передаваемого излучения и отличающейся жаростойкостью, герметичностью, временной стабильностью механических свойств, возможно при её намораживании из расплава в процессе вытяжки световода, если его числовая апертура и внешний диаметр превышают значения в 0.15 и 200 мкм, соответственно.
Для того, чтобы связные волокна диаметром в 125 мкм удовлетворяли комплексу указанных требований (исключая жаростойкость), необходимо дополнить металлическую оболочку полимерным защитным покрытием с буферными свойствами.
- Оптические потери в связных волокнах, индуцированные наличием металлической оболочки, минимальны в условиях, когда диаметр оловянного покрытия находится в пределах 142-145 мкм, среднеквадратичное отклонение от номинального значения менее 0.7 мкм и составляют не более 0.1 дБ/км в многомодовых и одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.2 и не более 0.3 дБ/км в одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.1.
- В условиях ускоренного старения при погружении в воду связные световоды:
- в традиционном полимерном покрытии испытывают обратимую (при воздействии воды) и остаточную (после высушивания) деградацию прочности;
- в комбинированном металл-полимерном покрытии не обнаруживают деградацию механической прочности по меньшей мере в течение полугода.
- В световодах типа «кварц-кварц» с диаметром сердцевины более 200 мкм:
- оловянное покрытие за счет способности сохранять форму, механические параметры и адгезионные свойства при повышенных температурах обеспечивает устойчивость параметров затухания излучения и повышенной механической прочности вплоть до температуры 180-200оС,
- герметичные свойства металлической оболочки способствуют, в основном, миграции адсорбированных в процессе вытягивания волокна молекул воды вглубь кварцевого стекла, что сопровождается увеличением прочности световода во времени.
- Является правомочным прогнозирование надежности световодов, основанное на получении статистических данных о длинах отрезков волокон, прошедших испытание на перемотку при фиксированном уровне нагрузки:
- при этом статистика распределения дефектов по длине волокна, вызывающих его разрушение при определенном уровне нагрузки, подчиняется статистике Вейбулла;
- для повышения достоверности результатов испытаний следует производить двукратную перемотку образцов: при этом значения нагрузки различаются в 2-3 раза, а контролируемые длины, соответственно, не менее, чем на порядок.
- Микроструктурированные волоконные световоды
- Преобразование фемтосекундных лазерных импульсов в суперконтинуум с максимальной энергетической эффективностью (более 50%) и спектральной шириной (примерно две октавы) происходит в многомодовых микроструктурированных волокнах с оптимизированными дисперсионными характеристиками: при направленном выборе размеров сердцевины и воздушных отверстий реализуется спектральное уширение основной моды за счет самомодуляции фазы, а в высших модах достигается фазовый синхронизм для процесса четырехволнового смешения.
- Существует предельное значение шага гексагональной структуры микроструктурированного оптического волокна, превышение которого сопровождается потерей волноводных свойств структуры, по меньшей мере, в видимом диапазоне спектра.
- В фотонно-кристаллическом волокне с полой сердцевиной расстояние между максимумами в спектре пропускания обратно
пропорционально шагу гексагональной структуры брэгговской светоотражающей оболочки, который, таким образом, определяет положение рабочей длины волны передаваемого излучения.
- Основными факторами, влияющими на интенсивность поглощения излучения ОН-группами в микроструктурированном световоде и индуцированными процессом его вытяжки, являются:
- высокотемпературная диссоциация водяного пара во внутри- и межкапиллярном пространстве исходной для получения световода сборки из безгидроксильного кварцевого стекла;
- диффузия водорода из внешней опорной кварцевой трубы.
Научная новизна
Получены впервые следующие результаты:
- Показано, что оптические потери в связных волокнах, индуцированные оловянной оболочкой, могут быть минимизированы до значений менее 0.1 дБ/км в многомодовых и одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.2 и не более 0.3 дБ/км в одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.1;
- Установлено, что в условиях ускоренного старения при погружении в воду связные световоды в комбинированном металл-полимерном покрытии не обнаруживают деградацию механической прочности по меньшей мере в течение полугода;
- Экспериментально подтверждено, что параметры затухания излучения и повышенной механической прочности в металлизированных световодах типа «кварц-кварц» с диаметром сердцевины более 200 мкм сохраняются вплоть до температуры 180-200 °С;
- Обнаружено увеличение прочности волокна с герметичной металлической оболочкой во времени, отнесенное в основном за счет миграции адсорбированных во время вытяжки волокна молекул воды вглубь кварцевого световода;
- Экспериментально установлено, что статистика распределения дефектов по длине волокна, вызывающих его разрушение при тестовой нагрузке, подчиняется статистике Вейбулла;
- Предложен новый метод двукратного контроля прочности волоконных световодов по всей длине, повышающий достоверность результатов испытаний;
- Экспериментально показано, что преобразование фемтосекундных лазерных импульсов в суперконтинуум с максимальной спектральной шириной происходит в многомодовых микроструктурированных волокнах при условии развития процессов четырёхволнового смешения в высших пространственных модах, а самомодуляции фазы – в основной моде;
- Обнаружена обратно пропорциональная зависимость между шагом гексагональной структуры брэгговской светоотражающей оболочки фотонно-кристаллического световода с полой сердцевиной и расстоянием между максимумами в спектре пропускания;
- Обнаружено существование предельного значения шага гексагональной структуры микроструктурированного оптического волокна, превышение которого сопровождается потерей волноводных свойств структуры, по меньшей мере, в видимом диапазоне спектра.
Практическая значимость
- Технология металлического покрытия позволила реализовать пятижильный кабель, содержащий одно- и многомодовые световоды для внутриобъектовой связи с токопроводящим герметичным покрытием и малыми оптическими потерями.
- С использованием технологии низкодисперсионных кварцевых световодов для УФ области спектра выпущена партия световодов с уникальными значениями оптических параметров и повышенной надёжностью для дистанционного контроля лазерных импульсов, инициирующих реакцию управляемого термоядерного синтеза.
- На основе технологии световодов типа «кварц-кварц» в металлическом покрытии осуществляется их выпуск в опытно-промышленном масштабе в соответствии с ТУ АБ.60.98 для применения в медицине, системах пожарной сигнализации, лазерной технике, космической технике.
- С использованием технологии дырчатых световодов на основе кварцевого стекла получены экспериментальные образцы, в которых осуществлена эффективная генерация спектрального суперконтинуума при накачке излучением Ti-сапфирового лазера.
Реализация результатов
- Образцы пятижильного оптоволоконного кабеля, содержащие связные волокна с токопроводящей оболочкой, переданы в 1994 году заказчику – концерну АМР, США.
- Образцы низкодисперсионных световодов для УФ области спектра поставлялись в 1997-2003 г.г. в Ливерморскую национальную лабораторию и Рочестерский университет, США, а также в СЕА, Франция.
- Регулярные поставки световодов типа «кварц-кварц» в оловянном покрытии осуществлялись следующим предприятиям:
| Соотношение жила/оболочка, мкм | Период поставки | Заказчик | Область применения |
| 200/220 | 1997г. – н.в. | 2-ой Московский медицинский институт, г. Москва | Облучение крови, лазерная терапия кожных заболеваний. |
| 400/440 | 1997г. – н.в | ООО «Спектрон», г. Екатеринбург | Пожарные извещатели. |
| 400/440 | 1999г. – н.в. | ООО «КБ ПРИБОР», г. Екатеринбург | Пожарные извещатели. |
| 400/440 | 2003 г. | НИИ лазерной физики, г. Санкт-Петербург | Передача лазерного излучения. |
| 450/500 | 1995г. – н.в. | ИТМО, г. Санкт-Петербург | Передача лазерного излучения. |
| 50/70 200/220 275/300 | 1999 г. | НИИПП, г. Москва | Навигационные системы космических объектов. |
| 700/770 | 2000 г., 2002 г. |
- Получены акты внедрения и использования результатов диссертационной работы от ООО «Спектрон», ООО «КБ ПРИБОР», ФГУП НИИПП.
- Реализация кварцевых световодов с поликапиллярной оболочкой создает условия для расширения смежной отрасли оптической технологии – элементной базы нелинейной оптики.
Характеристики упомянутых выше типов кварцевых волоконных световодов также нашли свое отражение на интернет-сайте лаборатории волоконной оптики ФГУП ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова" по адресу: www.fiberlab.ru.
Апробация результатов работы
Результаты работы докладывались и обсуждались в 1988-2006 г.г. на одиннадцати международных и всесоюзных конференциях, в том числе на V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи информации», Москва, 1988 г., на Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», Москва, 1990 г., на Второй международной конференции ISFOC’92, Санкт-Петербург, 1992г., на Юбилейной конференции ГОИ им. С.И. Вавилова «20 лет волоконной оптике», Санкт-Петербург, 1999 г., на X Международной конференции «Оптика лазеров», Санкт-Петербург, 2000 г., на Международной конференции CLEO-2000, США, 2000 г., на Международной конференции «Прикладная оптика-2002», Санкт-Петербург, 2002 г., на Международной конференции «Прикладная оптика-
2004», Санкт-Петербург, 2004 г., на Международной конференции EPS-QEOD Europhoton 2004, Лозанна, 2004 г., на Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы-2005», п. Дивноморское, 2005г., на Международной конференции «Прикладная оптика-2006», Санкт-Петербург, 2006 г. Материалы трудов конференций опубликованы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав с изложением результатов самостоятельных исследований и разработок автора и заключения.
Во введении формулируется цель и обосновывается актуальность диссертационной работы, определяется ее место в ряду других разработок в области технологии волоконных световодов на основе кварцевого стекла. Типы разработанных волоконных световодов изображены на рис. 1.
В литературном обзоре (глава 1) представлены результаты исследований по технологии кварцевых волоконных световодов, опубликованные в научной периодике, и дается сравнительный анализ оптических и механических характеристик волоконных световодов, предназначенных для применения в системах связи, приборостроении, научных исследованиях. Определены специфические требования к оптическим и механическим параметрам волоконных световодов на основе кварцевого стекла для ряда областей, составляющих альтернативу системам дальней оптической связи.
Во второй главе изложены результаты вспомогательных исследований, имеющих целью продемонстрировать те универсальные технологические методы, которые были использованы для получения образцов волоконных световодов независимо от их предназначения. Особое внимание уделено целенаправленному выбору технических средств для достижения максимально высоких параметров, охватывающих как традиционные, так и специфические свойства объектов.
Проанализирован процесс теплообмена движущегося волокна с окружающей его газовой средой на участке между печью разогрева заготовок и аппликатором для нанесения первого слоя покрытия с привлечением различных методик, дающих близкие значения коэффициента теплоотдачи кварцевого волокна. Произведен расчет параметров теплообмена волокна с расплавом олова при намораживании металлической оболочки. На основе указанных расчетов определено рациональное размещение аппликаторов на башне вытяжки оптического волокна, обеспечивающее достаточную степень охлаждения волокна при его входе в последовательно расположенные аппликаторы.
Произведен гидродинамический анализ процессов, происходящих в аппликаторе с избыточным давлением наносимого полимерного покрытия и показано, что при выбранном диапазоне скорости вытяжки влиянием давления полимера на толщину образуемого покрытия можно пренебречь. Экспериментально доказано, что увеличение флуктуации толщины полимерного покрытия при увеличении скорости вытяжки и отнесенное в литературе за счет неньютоновского характера движения вязкой жидкости, объясняется другим фактором - насыщением полимера воздушными пузырями. Применение аппликатора с давлением полимера не только устраняет пузыри из материала покрытия, но и стабилизирует его толщину при увеличении скорости вытяжки оптического волокна.
Проведено экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи кварцевого волокна при теплообмене с полимерной массой. Коэффициент теплоотдачи определялся при двух значениях скорости вытягивания волокна ( 45 и 60 м/мин) по динамике роста температуры в массе полимера и по стационарному значению температуры с учетом того, что расчетная температура волокна на входе в аппликатор составила 85 и 140оС, соответственно (при скорости 30 м/мин нагрев полимера не регистрировался). Определенное из эксперимента значение коэффициента теплоотдачи составило (50-90) Вт/(м2К), что характерно для теплообмена кварцевого волокна с воздушным пограничным слоем и более чем на порядок отличается от теоретической оценки, базирующейся на анализе теплообмена с вязкой жидкостью. Указанное различие было обусловлено нарушением условий образования стационарного пограничного слоя в жидкости вследствие избыточной температуры волокна в месте его входа в аппликатор и проскальзыванием «горячего» волокна через полимерную массу без эффективного теплообмена с ней. Результаты этого эксперимента свидетельствуют о необходимости тщательного учета теплофизических аспектов в технологии защитного покрытия волоконных световодов.
Успешное применение аппликатора для нанесения полимерного покрытия высокого качества, надежно защищающего оптическое волокно от абразивного воздействия среды, продемонстрировано в получении отрезка связного одномодового волокна в двухслойном покрытии, прошедшего перемотку с относительной деформацией в 2.5 % на длине в 8.5 км
Исследовано влияние степени чистоты олова, применяемого для получения покрытия на волоконном световоде методом намораживания из расплава, на степень равномерности покрытия. Показано, что если содержание свинца составляет 3% и более, в том числе отвечающее эвтектическому составу (38%), покрытие получается неравномерным.
Исследовано влияние технологических факторов на степень равномерности оловянного покрытия. Показано, что существует верхний предел скорости вытяжки, зависящий от диаметра вытягиваемого волокна, превышение которого сопровождается ухудшением качества покрытия вследствие возмущающего действия на верхний мениск расплава пограничного воздушного слоя, образуемого вокруг движущегося волокна. Показано, что для получения равномерного покрытия в области нижнего мениска расплава необходимо создание инертной атмосферы. Установлено, что предварительный подогрев волокна перед намораживанием, рекомендованный в литературе для улучшения равномерности покрытия, приводит в ряде случаев к ухудшению этого параметра.
Рис. 1. Номенклатура представленных в работе типов волоконных световодов.
Исследованы прочностные характеристики металлизированных световодов на примере волокон диаметром 125 мкм и показано, что в определенных условиях их прочность снижается относительно прочности аналога в полимерной оболочке вследствие смещения вытягиваемого волокна под действием сил поверхностного натяжения расплава к краю верхней фильеры металлизатора. Для предотвращения трения волокна о фильеру, сопровождающегося его разупрочнением, необходимо ниже металлизатора установить устройство, ограничивающее поперечное перемещение волокна в процессе вытягивания.
В третьей главе приводятся результаты разработки связных одно- и многомодовых световодов в трехслойном покрытии, причем первым слоем является токопроводящее герметичное покрытие из олова, последующими – буферное и внешнее защитное покрытие из эпоксиакрилатов.
Во введении к главе проводится анализ возможности металлизации связных волокон диаметром 125 мкм и волокон типа «кварц-кварц» диаметром более 200 мкм и экспериментально показано, что нанесение дополнительной металлической оболочки методом намораживания из расплава может приводить к существенному росту потерь излучения в связных оптических волокнах в ближней ИК области спектра. Представлены литературные данные, свидетельствующие о преобладающей роли микроизгибов световода при нанесении покрытия с относительно высоким модулем упругости и достаточной толщины. Такое покрытие вследствие усадки после нанесения (вызванной разницей в КТР материалов световода и покрытия или релаксационными процессами) вызывает микроизгибы световода и, как следствие, избыточные оптические потери.
Экспериментально показано, что получение на световоде «кварц-кварц» оловянной оболочки толщиной более 15 мкм обеспечивает, даже в неоптимальных технологических условиях, возрастание прочности на изгиб примерно вдвое по сравнению с аналогом в полимерном покрытии при сохранении на прежнем уровне параметра затухания излучения. На основании представленных результатов определена основная концепция конструкции металлизированных волоконных световодов: для сочетания низкого уровня оптических потерь с преимуществами герметичного покрытия в технологии связных оптических волокон следует предусмотреть получение сравнительно тонкого оловянного покрытия, дополняемого буферным и защитным слоями эпоксиакрилатов. В технологии световодов «кварц-кварц» диаметром 200 мкм и более достаточно нанесение однослойной металлической оболочки.
Описаны технологические методы, снижающие индуцированные металлической оболочкой дополнительные оптические потери практически до нуля в связных многомодовых световодах и до 0,2-0,4дБ/км в одномодовых. Приводятся сравнительные данные по коррозийной стойкости металлизированных волоконных световодов и их аналогов в традиционном двухслойном эпоксиакрилатном покрытии, свидетельствующие о практическом отсутствии деградации механической прочности металлизированных световодов при погружении их в воду в течение полугода.
Таблица 1
| Тип волокна | Длина, м | Диаметр оловянной оболочки, мкм | Диаметр полимерного покрытия, мкм | Затухание (дБ/км) на длине волны, мкм | |
| 0,85 | 1,3 | ||||
| Многомодовое | 300+400 | 145 | Отсутствует | 3,5 | - |
| Многомодовое | 270 | 142 | 230 | 3,2 | - |
| Многомодовое | 550 | 145 | 230 | 3,1 | - |
| Многомодовое | 600 | 148 | 230 | 2,9 | - |
| Одномодовое | 460 | 145 | 240 | - | 0,7 |
| Одномодовое | 490 | 145 | 240 | - | 1,1 |
| Одномодовое | 670 | 145 | 240 | - | 0,9 |
Получены данные по нанесению оловянного покрытия на поляризационно-стабильные одномодовые световоды с числовой апертурой 0.2 и диаметром кварцевого волокна в 80 мкм, свидетельствующие о возможности достижения близких значений потерь излучения в оптических волокнах указанного типа в полимерном и оловянном покрытии (3.6 и 3.7 дБ/км на =0,85 мкм, соответственно).
В четвертой главе излагаются результаты разработки технологии многомодовых световодов типа «кварц-кварц» в оловянном однослойном покрытии, не только защищающем поверхность кварцевого волокна от механического повреждения, но и обладающего герметичными свойствами. Последнее обстоятельство служит причиной повышенной механической прочности и долговечности металлизированных кварцевых волокон при их изгибе, поскольку герметичная оболочка препятствует проникновению паров воды к поверхности волокна после вытягивания и тем самым устраняет коррозионный рост микротрещин на его поверхности как при разрушающем контроле максимальной прочности, так и в условиях эксплуатации.
Выполнены исследования изменений величин оптических потерь и механической прочности кварцевых волокон на изгиб при температуре в 180-200оС, близкой к температуре плавления оловянной оболочки (232оС). Показано, что прочность металлизированного волокна при комнатной температуре достаточно однородна в пределах 12-13 ГПа (рис. 2), а при повышенной температуре ее значения заполняют диапазон от 7 до 13 ГПа,
превышая аналогичный параметр, характерный для волокон в полимерном покрытии (6 ГПа).
Рис. 2. Прочностные характеристики кварцевого оптического волокна в различных покрытиях и при разной температуре: – полимерное покрытие, 20 оС; – олово, 200 оС; – олово, 20 оС.
Рис. 3. Зависимость изгибной прочности металлизированного волокна от состава атмосферы между печью разогрева заготовок и металлизатором.
Проведено исследование влияния состава атмосферы между печью разогрева заготовок и металлизатором на изгибную прочность кварцевых волоконных световодов (рис. 3). Показано, что в зависимости от содержания влаги в атмосфере прочность получаемых образцов может различаться примерно в два раза в пределах от 6 до 13 ГПа. Прочность металлизированных образцов при действии водяного пара (6 ГПа) соответствует прочности волокна в полимерном негерметичном покрытии.
Обнаружено увеличение прочности световодов во времени, отнесенное в основном за счет миграции адсорбированных во время вытяжки световода молекул воды вглубь кварцевого волокна (таблица 2).
Таблица 2
| Условия получения образца | Значение прочности на изгиб, ГПа | |||||||
| В течение 1 часа после вытяжки | Через 20 часов | Через 350 часов | Через 700 часов | |||||
| среднее | мин/макс | среднее | мин/макс | среднее | мин/макс | среднее | мин/макс | |
| Сухая атмосфера между печью и металлизатором | 11.2 | 11.9 10.5 | - | - | - | - | 12.5 | 14.3 10.8 |
| Обычная атмосфера | 9.5 | 11.2 7.2 | - | - | - | - | 11.8 | 13.6 8.4 |
| Атмосфера, насыщенная водяным паром | 6.6 | 6.8 6.4 | 7.2 | 7.3 6.8 | 10.2 | 13.6 6.5 | 11.2 | 13.6 8.0 |
Показано, что представляемая технология однослойного оловянного покрытия и разработанное для этой цели оборудование позволяет выпускать кварцевые оптические волокна диаметром от 200 до 500 мкм в опытно-промышленном масштабе, а оптические волокна большего диаметра – в масштабе малых партий.
Результаты технологических разработок представлены в виде технических условий АБ 60.98 на волокно типа «кварц-кварц» в металлическом и полимерном покрытиях.
Таблица 3
| Диаметр сердцевины диаметр оболочки, мкм | Диаметр покрытия, мкм | Тестовая перемотка, % | Длина поставляемых отрезков, м | Длина используемых потребителем отрезков, м |
| 200/220±5 | 250±5 | 1,1 | до 500 | 5,5 |
| 400/440±10 | (480510) ±10 | 1,1 | до 1300 | 125 |
| 450/500±10 | 570±10 | 1,25 | до 300 | 6 |
| 700/770±15 | 850±20 | 1,9 | до 50 | 1 |
В конце главы приведена сводная таблица, отражающая номенклатуру выпускаемых лабораторией волоконной оптики ФГУП НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» продукции из разряда световодов типа «кварц-кварц» в оловянном покрытии в опытно-промышленном масштабе.
Далее излагаются результаты разработки световодов для УФ области спектра с низкой временной дисперсией и низкими оптическими потерями для целей диагностики лазерных импульсов. Для этого была разработана заготовка световода с градиентным профилем показателя преломления и соотношением кварцевая оболочка/световедущая сердцевина, равным 2.0, (использовался метод внутреннего осаждения) в то время как по техническим требованиям в волокне это соотношение должно было составить 1.35.
Заготовка перед вытяжкой подвергалась глубокому травлению во фтористоводородной кислоте с целью достижения необходимого соотношения оболочка/жила, которое, однако, сопровождалось образованием развитой сети поверхностных дефектов и приводило к разупрочнению вытягиваемого волокна. Определены температурные условия в печи разогрева заготовок для получения волокна диаметром в 590 мкм,
Рис. 4. Статистика прочности низкодисперсионного волокна для УФ области спектра.
способного выдерживать тестовую перемотку под стандартной нагрузкой 0.35 ГПа по всей длине. Определены особенности тестовой перемотки волокна. Обнаружено, что некоторая доля прошедших перемотку под нагрузкой 0.35 ГПа волокон имеет пониженную прочность при перемотке под большей нагрузкой 1.05 ГПа. Показано, что статистика длин отрезков «слабого» волокна, прошедших перемотку 1.05 ГПа, подчиняется статистике Вейбулла (верхний график на рис. 4).
Показано, что прогноз прочности длинномерных отрезков волокна при нагрузке 0.35 ГПа, основанный на статистике разрушений при нагрузке 1.05 ГПа (нижний график на рис. 4) соответствует данным эксперимента по перемотке при нагрузке 0.35 ГПа. Из рисунка видно, что прогнозируемая вероятность разрушения при нагрузке 0.35 ГПа составляет не более 10%, что и наблюдалось в эксперименте: непрерывно вытягиваемые из одной заготовки отрезки длиной от 100 до 200 м проходили перемотку под стандартной нагрузкой без обрывов. Чтобы исключить поставку потребителю «слабых» волокон, предложена новая методика контроля прочности волокна по всей его длине под двумя уровнями нагрузки, повышающая достоверность оценки надежности волоконных световодов.
В пятой главе приведены результаты разработки основ технологии кварцевых одномодовых волоконных световодов с поликапиллярной светоотражающей оболочкой (также именуемые в литературе фотонно-кристаллическими, дырчатыми, микроструктурированными световодами) и изложены данные по их применению в качестве преобразующих нелинейно-оптических элементов. Предлагается двухстадийный метод изготовления микроструктурированных световодов (рис. 5). При этом коэффициент перетяжки структурных элементов (монолитной сердцевины и окружающих ее капилляров) на первой стадии составляет 10-12, на второй - 50200, и в результате размеры структурных элементов – сердцевины и капилляров оболочки снижаются со значения около 2 мм, наиболее удобного для сборки заготовки световода, до величины 51 мкм в конечном волоконном световоде. Приведены реализованные конструкции световодов с различной конфигурацией поликапиллярной оболочки и порядком удаленности отверстий от центральной жилы. Описаны технологические методы, установленные для первой и второй стадий изготовления дырчатых световодов и предусматривающие создание в заготовке световода зон с различным давлением газа внутри капилляров и в пространстве между ними.
Проведено исследование процесса генерации спектрального суперконтинуума при распространении импульсов фемтосекундной длительности в разработанных световодных структурах из кварцевого стекла со сплошной сердцевиной и поликапиллярной оболочкой.
Рис. 5. Двухстадийный метод получения дырчатых световодов.
Показано, что многомодовый световод осуществляет спектрально-пространственную селекцию излучения суперконтинуума при его возбуждении Ti-сапфировым лазером (=800 нм): высшие моды представляют синюю часть спектра, основная мода – красную часть. Показано, что в условиях оптимизации дисперсионных характеристик, достигаемой при диаметре сердцевины многомодового дырчатого световода, равном 4.5 мкм и соотношении величины диаметра отверстий к расстоянию между ними в структурированной светоотражающей оболочке в пределах 0.8 – 0.9, выполняются фазовые соотношения для процесса четырехволнового смешения с генерацией антистоксовой компоненты в высшей пространственной моде в спектральной области =570-600 нм, стоксовой компоненты в области ~1250 нм, а самомодуляция фазы излучения накачки в основной моде происходит на длинах световода, значительно меньших дисперсионной длины, что и обуславливает перекрытие спектрального диапазона суперконтинуума в пределах от 400 до 1300 нм.
Рис. 6. Спектр излучения суперконтинуума, генерируемый в сердцевине размерами 4х3.2 мкм.
Реализованы структуры с одним, двумя и четырьмя циклами отверстий вокруг световедущей сердцевины из кварцевого стекла. Варьирование диаметра сердцевины и размеров отверстий в оболочке существенным образом изменяет дисперсионные характеристики разработанных типов дырчатых световодов, открывая различные возможности для нелинейно-оптического преобразования сверхкоротких лазерных импульсов. Приведены примеры иного развития процессов нелинейного преобразования излучения накачки, чем генерация суперконтинуума: в сердцевине диаметром 3 мкм создаются условия фазового согласования для генерации третьей гармоники Cr-форстеритового лазера, в сердцевине диаметром 2.8 мкм интенсивность антистоксовой компоненты в области = 407 нм, образуемой излучением второй гармоники Cr-форстеритового лазера, подавлялась в присутствии основной частоты этого лазера вследствие фазовой кросс-релаксации. В сердцевине субмикронного размера продемонстрирована возможность управления интенсивностью антистоксовой компоненты на 400 нм, возбуждаемой Ti-сапфировым лазером, за счет определенной ориентации поляризации накачки относительно большой оси эллиптичной сердцевины.
Реализация различных нелинейно-оптических процессов в представленных типах дырчатых световодов определяет перспективы дальнейших разработок этих световодов в качестве нелинейно-оптических преобразователей и переключателей.
Приведены результаты исследования световедущих свойств дырчатых световодов со сплошной сердцевиной из кварцевого стекла в зависимости от величины шага структуры при ее масштабировании (увеличении внешнего диаметра световода). Экспериментально обнаружено, что для нескольких типов микроструктурированных световодов с сердцевиной из кварцевого стекла существует предельное значение шага гексагональной структуры, превышение которого сопровождается потерей волноводных свойств, обусловленной вытеканием направляемых, прежде всего высших, мод (рис. 7). Другим проявлением указанного специфического для дырчатых световодов механизма вытекания переносимой по сердцевине световой энергии является коротковолновый рост оптических потерь, также определяемый значением шага структуры поликапиллярной светоотражающей оболочки. Показано, что рост потерь не обусловлен рассеянием Релея, вытеканием излучения через депрессированную светоотражающую оболочку, микроизгибными потерями.
Реализованы фотонно-кристаллические световоды с полой сердцевиной. Экспериментально установлено, что в волокне с полой сердцевиной расстояние между фотонными разрешенными зонами обратно пропорционально шагу гексагональной структуры брэгговской светоотражающей оболочки, который, таким образом, определяет положение рабочей длины волны передаваемого излучения (рис. 8).
Рис. 7. Потеря волноводных свойств гексагональной структурой.
Проведено сравнение резонансных спектральных свойств фотонно-кристаллического световода и эталона Фабри-Перо. Показано, что общая природа интерференции света в системе параллельных слоев с чередующимися значениями показателя преломления позволяет с точностью в пределах порядка величины оценить расстояние между спектральными максимумами в фотонно-кристаллическом световоде, если использовать расчетные соотношения для эталона Фабри-Перо.
Рис. 8. Спектры пропускания световодов с полой сердцевиной в зависимости от шага структуры.
Представлены результаты исследований по снижению параметра затухания излучения в микроструктурированных волокнах со сплошной сердцевиной. Показано, что этот параметр зависит от режима вытяжки капилляров, которые впоследствии образуют светоотражающую оболочку, содержания влаги во внутри- и межкапиллярном пространстве в исходной для перетягивания в дырчатое волокно сборки, степени очистки от механических примесей внешней поверхности капилляров.
Рис. 9. Спектр затухания сигнала в дырчатом световоде с сердцевиной диаметром 10 мкм.
Показано, что интенсивность полос поглощения гидроксильных групп в дырчатом световоде может зависеть от материала опорной кварцевой трубы, являющегося источником водорода при повышенных температурах в процессе вытягивания волокна. Управление перечисленными технологическими процессами позволило снизить величину оптических потерь в микроструктурированных световодах со сплошной сердцевиной до 10дБ/км.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Резюмируя представленную в диссертационной работе информацию, можно сделать следующие основные выводы:
- Диссертационная работа касается решения актуальной технической задачи – расширения номенклатуры волоконных световодов для применения в отраслях, составляющих альтернативу технике дальней связи.
- Разработана технология опытного производства кварцевых волоконных световодов для средств дистанционного контроля и внутриобъектовой связи, обеспечивающая:
- относительную простоту и доступность технических средств для осуществления однократного нанесения металлической влагонепроницаемой и жаростойкой оболочки, способной при достаточной толщине нести функцию защитного покрытия;
- сохранение параметров затухания излучения и повышенной механической прочности в световодах типа «кварц-кварц» с диаметром сердцевины более 200 мкм вплоть до температуры 180-200оС;
- возможность улучшения прочностных характеристик металлизированных световодов в процессе хранения;
- минимальный прирост потерь излучения в связных световодах, вызванный наличием металлической оболочки: менее 0.1 дБ/км в многомодовых и одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.2 и не более 0.3 дБ/км в одномодовых световодах с числовой апертурой ~ 0.1;
- отсутствие видимой деградации прочности связных световодов в комбинированном металл-полимерном покрытии, по меньшей мере, в течение полугода при их погружении в воду.
- Экспериментально подтверждено, что закон распределения дефектов определенного размера по длине волокна подчиняется зависимости Вейбулла.
В результате анализа статистики распределения дефектов разработана методика двукратного контроля прочности оптических волокон по длине под различными уровнями нагрузок, повышающая достоверность результатов испытаний.
- Разработана технология микроструктурированных световодов со сплошной сердцевиной из кварцевого стекла с уровнем потерь в 10 дБ/км для генерации спектрального суперконтинуума в фемтосекундном временном диапазоне, базирующаяся на следующих результатах:
- Определены требования к структуре и изготовлены микроструктурированные многомодовые световоды с одним, двумя и четырьмя циклами отверстий вокруг световедущей сердцевины из кварцевого стекла, в которых осуществлена генерация спектрального суперконтинуума при возбуждении фемтосекундными импульсами Ti-сапфирового лазера.
- Экспериментально показано, что при оптимальном выборе диаметра сердцевины многомодового микроструктурированного световода и геометрии окружающих её отверстий генерация суперконтинуума происходит в двух различных нелинейных процессах: в высших модах осуществляется четырехволновое смешение, в основной моде – самомодуляция фазы излучения накачки. Совместное действие указанных процессов имеет следствием значительное расширение спектра суперконтинуума, обусловленное в синей части четырехволновым смешением, а в красной – самомодуляцией фазы.
- Проанализирован механизм появления полос поглощения ОН-групп в микростуктурированных световодах, изготовленных из изначально безгидроксильного кварцевого стекла. Показано, что основными источниками появления ОН-групп являются:
- процесс диссоциации водяного пара, содержащегося во внутри- и межкапиллярном пространстве исходной для получения волокна сборки;
- диффузия водорода из внешней опорной кварцевой трубы.
- Для нескольких типов микроструктурированных световодов с сердцевиной из кварцевого стекла экспериментально обнаружено существование предельного значения шага гексагональной структуры, превышение которого сопровождается потерей волноводных свойств, обусловленной модовым вытеканием. Другим проявлением специфического для дырчатых световодов механизма вытекания переносимого по сердцевине излучения (не имеющий аналога в волоконной оптике сплошных сред) оказывается коротковолновый рост оптических потерь, также определяемый значением шага структуры светоотражающей оболочки.
- Реализованы фотонно-кристаллические световоды на основе кварцевого стекла с полой сердцевиной. Экспериментально установлено, что расстояние между максимумами в спектре пропускания световодов обратно пропорционально шагу гексагональной структуры, который определяет положение рабочей длины волны передаваемого излучения.
- Проведено сравнение резонансных спектральных свойств фотонно-кристаллического световода и эталона Фабри-Перо. Показано, что общая природа интерференции света в системе параллельных слоев с чередующимися значениями показателя преломления позволяет с точностью в пределах порядка величины оценить расстояние между спектральными максимумами в фотонно-кристаллическом световоде, если использовать расчетные соотношения для эталона Фабри-Перо.
- Результаты работы внедрены в опытно-промышленную технологию производства волоконных световодов, осуществляемую лабораторией волоконной оптики ГОИ им.С.И. Вавилова с 90–х годов по настоящее время и охватывающею такие типы волоконных световодов, как поляризационно-поддерживающие малого диаметра, низкодисперсионные для УФ области спектра, типа «кварц-кварц» в жаростойком герметичном металлическом покрытии.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:
- Ерофеева Е.В., Шевандин В.С. «Нанесение покрытий на световоды: уточнение гидродинамической модели при вариации диаметра волокна», Тезисы докладов V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи», секц. 3, М., 1988, с. 91-92.
- Ерофеева Е.В., Шевандин В.С. «Нанесение покрытий на световоды: применение метода пограничного слоя к расчету вязкого трения», Тезисы докладов V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи», секц. 3, М., 1988, с. 148-149.
- Алешинцев А.Г., Безгачев А.Ф., Дукельский К.В., Ероньян М.А., Шевандин В.С. «Исследование стабильности передаточных характеристик волоконно-оптического модуля к микро- и макродеформациям световодного тракта», Тезисы докладов V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи», секц. 3, М., 1988, с. 119-120.
- Безгачев А.Ф., Ероньян М.А., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. «Разработка высокопрочного волоконно-оптического микрокабеля для линий связи с нестационарными объектами», Тезисы докладов V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи», секц. 3, М., 1988, с. 57.
- Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. «Применение метода эквивалентного ступенчатого профиля к расчету изгибных потерь в одномодовых световодах», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 373.
- Безгачев А.Ф., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. «Волоконно-оптический микрокабель для наземных систем управления и связи с нестационарными объектами», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 375.
- Комаров А.В., Шевандин В.С. «Сравнительный анализ изгибных потерь в одномодовых световодах: влияние степени депрессии светоотражающей оболочки», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 416.
- Бирман А.Я., Ероньян М.А., Карпов Л.Г., Комаров А.В., Логозинский В.М., Медведев А.А., Шевченко С.Е., Шевандин В.С. «Оптимизация технологии получения одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной MCVD–методом», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 413.
- Ерофеева Е.В., Шевандин В.С. «Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи кварцевого волокна в процессе его вытяжки и нанесения покрытия», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 420-421.
- Алешинцев А.Г., Безгачев А.Ф., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. «Разработка одномодового особопрочного микрокабеля», Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», М., 1990, с. 427.
- Eronyan M.A., Erofeeva E.V., Komarov A.V., Kondratyev Yu. N. Shevandin V.S. “Polarization maintaining small-diameter single-mode fiber waveguide with metal coating”. ISFOC’ 92 Proceedings, Saint-Petersburg, 1992, pp. 288-291.
- Birman A.Ya., Bykov M.V., Eronyan M.A., Kondratyev Yu. N., Logozinsky V.N., Medvedev A.A., Savushkin A.F., Shevandin V.S. “Extra-fine anisotropic single-mode waveguides applied to fiber-optics based gyroscopes”. ISFOC’ 92 Proceedings, Saint-Petersburg, 1992, p. 356.
- Ерофеева Е.В., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. «Оптические характеристики волоконных световодов в металлическом покрытии и их оптимизация». Вестник НОУ-ХАУ, 1993, c. 41-43.
- Dukelsky K. V., Okishev A.V., Boni R., Millechia M., Kubera K., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G. M., Nikolaev G.E., Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for the OMEGA Diagnostics Applications. X International conference on Laser Optics, St-Petersburg, 2000, p. 270.
- Dukelsky K. V., Okishev A.V., Boni R., Millechia M., Kubera K., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M.A., Shevandin V. S., Ermolaeva G. M., Shilov V. B. A unique high bandwidth, multimode UV optical fiber: manufacturing, testing and laser-fused application. Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), Washington, 2000, pp. 292-293.
- Dukelsky K. V., Okishev A. V., Boni R., Millechia M., Kubera K., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G.M., Nikolaev G.E., Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for OMEGA Diagnostics Applications. LLE Review, 2000, v. 85, pp. 29-33.
- Dukelsky K. V., Okishev A. V., Boni R., Millechia M., Jaanimagi P. A., Donaldson W. R., Keck R. L., Seka W., Eronyan M. A., Shevandin V. S., Ermolaeva G.M., Nikolaev G.E., Shilov V. B. Unique High-Bandwidth, UV Fiber Delivery System for OMEGA Diagnostics Applications. IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, 2001, v. 7, № 3, pp. 471-474.
- Дукельский К.В., Безгачев А.Ф., Ероньян М.А., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. О разработке оптоволоконного ленточного многожильного кабеля для связи средств автоматизации. Тезисы докладов Юбилейной научно-технической конференции ГУП ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова", СПб, 2000, с. 9.
- Дукельский К. В., Ероньян М. А.,. Комаров А. В, Кондратьев Ю. Н., Левит Л. Г., Ромашова Е. И., Серков М. М., Хохлов А. В., Шевандин В. С. «Одномодовые волоконные световоды с повышенной числовой апертурой и малыми оптическими потерями». Сборник трудов V Международной конференции «Прикладная оптика», СПб, 2002, т.2, с. 77-80.
- Шевандин В.С. «Термостойкость волоконного световода типа «кварц-кварц» в металлическом покрытии». Сборник трудов V Международной конференции «Прикладная оптика», СПб, 2002, т.2, с. 81-83.
- Желтиков А.М., Пин Чжу, Темнов В.В., Кондратьев Ю.Н., Багаев С.Н., Шевандин В.С., Дукельский К.В., Хохлов А.В., Смирнов В.Б., Тарасевич А.П., фон дер Линде Д. Локализация света и спектральное уширение фемтосекундных лазерных импульсов в волокне с минимально структурированной оболочкой. Квантовая электроника, 2002, т. 32, №6, с. 542-544.
- Федотов А.Б., Пин Чжу, Кондратьев Ю.Н., Багаев С.Н., Шевандин В.С., Дукельский К.В., Хохлов А.В., Смирнов В.Б., Тарасевич А.П., фон дер Линде Д., Желтиков А.М.. Пространственная спектральная фильтрация излучения суперконтинуума, генерируемого в микроструктурированных волокнах. Квантовая электроника, 2002, т. 32, №6, с. 828-832.
- Fedotov A.B., Ping Zhou, Tarasevitch A. P., Dukel’skii K. V., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Smirnov V. B., von der Linde D., and Zheltikov A. M. Microstructure-fiber sources of mode-separable supercontinuum emission for wave-mixing spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy, 2002; vol.33, pp. 888–895.
- Федотов А.Б., Пин Чжу, Кондратьев Ю.Н., Багаев С.Н., Шевандин В.С., Дукельский К.В., Смирнов В.Б., Тарасевич А.П., фон дер Линде Д., Желтиков А.М. Модовая структура и спектральные свойства излучения суперконтинуума в микроструктурированных волокнах. ЖЭТФ, 2002, т.122, №5, с. 986-998.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Смирнов В.Б., Шамко А.А. Реализация кристалл-фотонного волоконного световода и генерация в нем широкополосного лазерного излучения. V Международная конференция «Прикладная оптика», 15-17 октября 2002 г., Санкт-Петербург, Россия, Сборник трудов, т.2, с. 60-64.
- Дукельский К.В., Ероньян М.А., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Левит Л.Г., Ромашова Е.И., Серков М.М., Хохлов А.В., Шевандин В.С. MCVD – технология устойчивых к микроизгибам одномодовых волоконных световодов с малым затуханием. Оптический журнал, 2002, т. 69, №11, с. 72-73.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Петровский Г.Т., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Смирнов В.Б., Шамко А.А. Реализация кристалл-фотонного волоконного световода и генерация в нем широкополосного лазерного излучения. Оптический журнал, 2003, т. 70, №8, стр. 101-103.
- Шевандин В.С. «Термостойкость волоконного световода типа «кварц-кварц» в металлическом покрытии», Оптический журнал, 2003, т. 70, № 8, с. 104-106.
- Akimov D.A., Schmitt M., Maksimenka R., Dukel’skii K.V., Kondrat’ev Y.N., Khokhlov A.V., Shevandin V.S., Kiefer W., Zheltikov A.M. Supercontinuum generation in a multiple-submicron-core microstructure fiber: toward limiting waveguide enhancement of nonlinear-optical processes. Appl. Phys. В., 2003, vol.77, pp. 299-305.
- Fedotov A.B., Ping Zhou, Ming Lie Hu, Yanfeng Li, Serebryannikov E. E., Dukel’skii K.V., Kondrat’ev Yu.N., Shevandin V.S., Tarasevitch A.P., Sidorov-Biryukov D. A., Ching-yue Wang, von der Linde D., Zheltikov A.M.. Laser micromachining of microstructure fibers with femtosecond pulses. Laser Physics, 2003, vol. 13, N. 4, pp. 657-663.
- Konorov S. O., Fedotov, A. B., Boutu W., Serebryannikov E. E., Sidorov-Biryukov D. A., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V., and Zheltikov A. M. Multiplex frequency conversion of subnanojoule femtosecond pulses in microstructure fibers. Laser Physics, 2003, vol. 13, N. 11, pp. 1–7.
- Konorov S. O., Ivanov A. A., Alfimov M. V., Fedotov A. B., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V., Podshivalov A. A., Petrov A. N., Sidorov-Biryukov D. A., and Zheltikov A. M. Generation of frequency-tunable radiation within the wavelength range of 350–600 nm through nonlinear-optical spectral transformation of femtosecond Cr: forsterite-laser pulses in submicron fused silica threads of a microstructure fiber. Laser Physics, vol. 13, N. 9, 2003, pp. 1170–1174.
- Akimov D.A., Serebryannikov E.E., Zheltikov A. M., Schmitt M., Maksimenka R., Kiefer W., Dukel’skii K.V., Shevandin V.S., Kondrat’ev Yu.N. Efficient anti-Stokes generation through phase-matched four-wave mixing in higher-order modes of a microstructure fiber. Optics Letters, 2003, vol. 28, N. 20, pp. 1948-1950.
- Konorov S.O., Serebryannikov E.E., Ping Zhou, Khokhlov A.V., Shevandin V.S., Dukel’skii K.V., Kondrat’ev Yu.N., Sidorov-Biryukov D.A., Fedotov A.B., Tarasevitch A.P., von der Linde D., and Zheltikov A.M. Mode-controlled spectral transformation of femtosecond laser pulses in microstructure fibers. Laser Phys. Lett., 2004, vol.1, N. 4, pp. 199-204.
- Konorov S. O., Fedotov A. B., Mitrokhin V. P., Sidorov-Biryukov D. A., Kondrat’ev Yu. N., V S. Shevandin, Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V., and Zheltikov A. M. Polarization-сontrolled spectral transformation of unamplified femtosecond pulses in multiple waveguide channels of a photonic-crystal fiber. Laser Physics, 2004, vol. 14, N. 5, pp. 760–763.
- konorov s.o., akimov d.a., ivanov a.a., serebryannikov e.e., alfimov m.v., dukel’skii k.v., khokhlov a.v., shevandin v.s., kondrat’ev yu.n., and zheltikov a.m. Spectrally and temporally isolated Raman soliton features in microstructure fibers visualized by cross-correlation frequency-resolved optical gating. Appl. Phys.B., 2004, vol. 79, pp. 289–292.
- Konorov S. O., Ivanov A. A., Akimov D. A., Alfimov M. V., Podshivalov A. A., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V. and Zheltikov A. M. Cross-phase modulation control of ultrashort pulses spectrally transformed in photonic-crystal fibers. Laser Physics, 2004, vol. 14, N. 5, pp. 791–794.
- Konorov S. O., Bugar I., Sidorov-Biryukov D. A., Chorvat D., Jr., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V., Fedotov A. B., Uherek F., Morozov V. B., Makarov V. A., Chorvat D., and Zheltikov A. M. Chirp-controlled anti-Stokes frequency conversion of femtosecond pulses in photonic-crystal fibers. Laser Physics, 2004, vol. 14, N. 5, pp. 772–775.
- Konorov S. O., Ping Zhou, Serebryannikov E. E., Kondrat’ev Yu. N., Shevandin V. S., Dukel’skii K. V., Khokhlov A. V., Tarasevitch A. P., von der Linde D., and Zheltikov A. M. Photonic-crystal fibers for the generation of femtosecond pulses of anti-Stokes radiation. Laser Physics, 2004, vol. 14, N. 5, pp. 752–755.
- Ming Lie Hu, Ching-yue Wang, Lu Chai, Yanfeng Li, Dukel’skii K.V., Khokhlov A.V., Shevandin V.S., Kondrat’ev Yu.N., and Zheltikov A.M. Birefringence-controlled anti-Stokes line emission from a microstructure fiber. Laser Phys. Lett. 2004, vol. 1, N. 6, pp. 299–302.
- Konorov S.O., Serebryannikov E.E., Sidorov-Biryukov D.A., Fedotov A.V., Zheltikov A.M., Khoklov A.V., Dukel’skii K.V., Kondrat’ev Yu.N., Shevandin V.S., Petrovskii G.T., Semjonov S.L., Ping Zhou, Tarasevitch A.P., von der Linde D. The microstructured fiber spatially divides various spectral components of supercontinuum: experiments involving Ti-sapphire laser. EPS-QEOD Europhoton Conference 2004, Conference Digest, Lausanne, Switzerland, 29Aug-3 Sept, 2004, p.ThC13.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Коноров С.О., Серебрянников Е.Е., Сидоров-Бирюков Д.А., Федотов А.Б., Семенов С.Л. Реализация микроструктурированных световодов для высокоэффективного спектрального нелинейного преобразования фемтосекундных лазерных импульсов. VI Международная конференция «Прикладная оптика», 18-21 октября 2004 г., Санкт-Петербург, Россия, Сборник трудов, т.2, с. 98-99.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Коноров С.О., Федотов А.Б. Разработка полых фотон-кристаллических световодов для нелинейной спектроскопии газовых сред. VI Международная конференция «Прикладная оптика», 18-21 октября 2004 г., Санкт-Петербург, Россия, Сборник трудов, т.2, с. 100-103.
- Ерофеева Е.В., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. Разработка световодов для средств связи с герметичным металлическим покрытием и малыми оптическими потерями. VI Международная конференция «Прикладная оптика», 18-21 октября 2004 г., Санкт-Петербург, Россия, Сборник трудов, т.2, с. 111-114.
- Комаров А.В., Шевандин В.С. Новый метод оценки прочности низкодисперсионных световодов для УФ области спектра. VI Международная конференция «Прикладная оптика», 18-21 октября 2004 г., Санкт-Петербург, Россия, Сборник трудов, т.2, с. 118-121.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Шевандин В.С. Низкодисперсионное оптическое волокно для УФ области спектра: метод контроля прочности. Оптический журнал, 2004, т. 71, №4, с. 61-64.
- Konorov S.O., Ivanov A. A., Akimov D.A., Alfimov M.V., Podshivalov A.A., Kondrat’ev Yu.N., Shevandin V.S., Dukel’skii K.V., Khokhlov A.V., Scalora M. and Zheltikov A.M. Cross-phase-modulation-controlled spectral transformations of ultrashort pulses in photonic-crystal fibres. New Journal of Physics, 2004, N. 6, pp. 182-190.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Коноров С.О., Федотов А.Б. Фотонно-кристаллический световод с полой сердцевиной для нелинейной спектроскопии газовых сред. Оптический журнал, 2005, т.72, №7, с. 61-63.
- Дукельский К.В.,.Кондратьев Ю.Н, Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М., Коноров С.О., Серебрянников Е.Е., Сидоров-Бирюков Д.А., Федотов А.Б., Семенов С.Л. Микроструктурированные световоды с кварцевой сердцевиной для получения спектрального суперконтинуума в фемтосекундном диапазоне. Оптический журнал, 2005, т.72, №7, с. 57-59.
- Konorov S.O., Akimov D.A., Ivanov A. A., Alfimov M.V., Dukel’skii K.V., Khokhlov A.V., Shevandin V.S., Kondrat’ev Yu.N., Zheltikov A.M.. Cross-phase-modulation-induced instabilities and frequency shifts in a photonic-crystal fiber. Appl.Phys.B, 2005, v.80, pp. 437-439.
- Ermolaeva G.M., Eron’yan M.A., Dukel’skii K.V., Komarov A.V., Kondrat’ev Yu.N., Serkov M.M., Tolstoy M.N., Shilov V.B., and Shevandin V.S. Low-dispersion optical fiber highly transparent in the UV spectral range. Opt. Engineering, 2004, v. 43, N. 12, p.p. 2896-2903.
- Apetrei A.M., Moison J.M, Levenson J.A., Foroni M., Poli F, Cucinotta A., Selleri S., Legre M., Wegmuller M., Gisin N., Dukel’skii K.V., Khokhlov A.V., Shevandin V.S., Kondrat’ev Yu.N., Sibilia C., Serebryannikov E.E., Zheltikov A.M. Electromagnetic field confined and tailored with a few air holes in a photonic-crystal fiber. Appl. Phys. B, 2005, vol. 81, pp. 409–414.
- Дукельский К.В., Комаров А.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Работы ГОИ им. С.И. Вавилова по реализации микроструктурированных и фотонно-кристаллических оптических волокон. Труды Международных научно-технических конференций «Интеллектуальные системы» (AIS’05) и «Интеллектуальные САПР». М. Физматлит. 2005. Т.2. с. 308-313.
- . Петровский Г.Т, Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Хохлов А.В., Шевандин В.С., Желтиков А.М. Дырчатые световоды с кварцевой сердцевиной для нелинейно-оптического преобразования импульсов лазерного излучения. Оптический журнал, 2006, т. 73, №9, с. 42-47.
- Дукельский К.В., Кондратьев Ю.Н., Комаров А.В., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Существование предельного значения шага структуры дырчатого оптического волокна, лимитирующего его световодные свойства. Оптический журнал, 2006, т. 73, №10, с. 80-85..
- Шевандин В.С. Динамика адсорбции водяного пара кварцевым волокном при его вытягивании. Оптический журнал, 2006, т.73, №12, с. 68-71.
- Дукельский К.В., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Дырчатые световоды из поликапиллярной сборки с затуханием излучения в 10 дБ/км. Междун. конгресс «Оптика-XXI век», конф. «Прикладная оптика-2006», СПб, Сб. трудов, 2006, с. 216-220.
- Дукельский К.В., Комаров А.В., Кондратьев Ю.Н., Тер-Нерсесянц Е.В., Хохлов А.В., Шевандин В.С. Аномальные коротковолновые потери излучения в дырчатых оптических волокнах. Междун. конгресс «Оптика-XXI век», конф. «Прикладная оптика-2006», СПб, Сб. трудов, 2006, с. 221-223.
- Шевандин В.С. Увеличение прочности металлизированного кварцевого световода во времени. Междун. конгресс «Оптика-XXI век», конф. «Прикладная оптика-2006», СПб, Сб. трудов, 2006, с. 263-265.
