15.4.2. Основные требования к стеклам для воэ
При изготовлении волоконно-оптических деталей масса стекла постоянно перемещается, изменяются ее внешние конфигурации, отношение длины к диаметру заготовки. Происходят иногда и качественные изменения самой структуры стекла. Сложность технологии волоконной оптики усугубляется еще и тем, что любая волоконная деталь анизотропна.
Это зависит от связанности отдельных световодов друг с другом в пучке. В волоконных деталях искажения в изображении прямой линии можно разделить на четыре вида:
локальные искажения прямой линии (обрыв, сдвиг, излом, изгиб);
непараллельность в изображении прямых линий даже при отсутствии локальных искажений;
прогиб всех линий даже при сохранении их квазипараллельности;
искажение длины передаваемого отрезка прямой линии.
Все эти технологические дефекты возникают вследствие нарушения начальной регулярности из-за возможности смещения слоев относительно друг друга по плоскости слоев, их разворота и непостоянства по длине поперечного сечения световодов. Из двух возможных укладок оптических волокон в световодах – квадратной и гексагональной – наиболее целесообразной является гексагональная, в которой каждый световод связан с шестью соседними световодами.
Работа с осязаемой конструкцией (световодом) существенно упрощает многие технологические операции (возможность контроля, сортировки по дефектам и размерам укладки ОЖС и МЖС в пресс-форму с заданным законом расположения). При этом появляется возможность автоматизировать контроль геометрических размеров ОЖС непосредственно в процессе изготовления с последующей сортировкой, а также контроль и сортировку МЖС на автоматах по номиналам размера поперечного сечения после их изготовления.
Кроме того, процесс производства тонких стержней малопроизводителен, так как скорость вытягивания единицы объема стекла резко уменьшается с уменьшением диаметра стержня.
Диаметр жилы dж в МЖС связан с размером 2h (под ключ) (рис. 15.10) толщиной светоизолирующей оболочки t и количеством жил N следующим соотношением:
г
Рис. 15.9. Пакет одножильных световодов
де N может принимать только определенные значения исходя из выражения: N = 1 + 3 (m2 -m), m – любое целое число, равное количеству жил или ОЖС в первом ряду МЖС или пакета соответственно. Поэтому размер 2Л МЖС, обеспечивающий заданные размеры dж и t, может иметь только определенные дискретные значения, зависящие от выбранного количества жил, и определяется соотношением
Изготовление МЖС нужного качества требует тщательного исполнения всех операций, (вытяжки ОЖС, сборки ОЖС в пакет требуемого сечения в стерильных условиях и вытяжки МЖС). Необходимо помнить, что сборка пакета осуществляется только из световодов, изготовленных из одной варки стекла. В противном случае, как в оптическом, так и в электронном изображении (например, в МКП), будет наблюдаться разноцветное в оптическом или разнояркое в электронном изображении свечение отдельных частей МЖС.
15.4.3. Изготовление волоконно-оптических пластин (вол)
Технологический процесс изготовления ВОП состоит из следующих основных операций: вытяжки ОЖС, МЖС и прессования многожильных световодов. Целью операции прессования является спекание под давлением при высокой температуре многожильных световодов в монолитный вакуумноплотный блок с высокими оптическими характеристиками.
При прессовании процесс разогрева заготовки из отдельных МЖС проводят так, чтобы газообразные продукты, поглощенные активной поверхностью световодов и капилляров многожильных и одножильных световодов, продукты сгорания органических и неорганических веществ, попавших на поверхность МЖС, были удалены как можно полнее. В противном случае наличие замкнутых воздушных капилляров, образовавшихся при высоких температурах, неизбежно приведет к нарушению вакуумной плотности отдельных пластин или даже целого блока.
Процесс прессования проводят таким образом, чтобы, не нарушая геометрии отдельных МЖС и их светотехнических параметров, сдавить их в монолитный блок, в котором все зазоры и капилляры между отдельными МЖС и ОЖС были заполнены стеклом оболочки.
Применяют два метода прессования: поперечное и всестороннее. При поперечном прессовании к световодам по всей длине прилагается усилие (например, через пуансон).
При поперечном прессовании возможность получения вакуумноплотных деталей зависит от постоянства поперечного сечения световодов по их длине и от степени вакуумирования рабочего объема печи. При этом обязательна укладка в пресс-форму световодов одного размера сечения. При укладке световодов в пресс-форму они стыкуются с образованием микрополостей, которые при прессовании могут замыкаться, а после разрезки блока открыться и дать течь, поэтому и необходима высокая степень вакуумирования печи. При достаточном уплотняющем давлении микрополости исчезают, а остатки газа при соответствующих усилиях прессования и температуре могут раствориться в стекле.
Прессование заготовки из МЖС в вакуумной пресс-печи требует отработки режима вакуумирования, так как вакуум облегчает удаление газов из промежутков между волокнами, но отсутствие кислорода в области температур горения возможных загрязнений, находящихся на поверхности световодов, может явиться причиной появления большого числа дефектов за счет их возгонки и осаждения углерода в местах неплотного прилегания световодов друг к другу.
Кроме одностороннего поперечного прессования в настоящее время широко применяют метод кольцевого спрессовывания, при котором пакет световодов со всех сторон равномерно, перпендикулярно к жилам обжимается размягченным стеклом. Это обеспечивает равномерность деформации всех световодов и отсутствие искаженной структуры. После прессования производятся распрессовывание и отжиг блока [14].