Измерение профиля распределения легирующего оксида по сечению сердцевины заготовки и, тем более, световода, является технически сложной задачей. Прежде всего, требуется уникальное аналитическое оборудование, например, электронный микроскоп с рентгеновским микроанализатором. Кроме того, необходимо подготовить хорошо отполированные срезы заготовок и световодов. Следует отметить, что при высоком уровне легирования, заготовки при механической обработке очень часто растрескиваются. В то же время, достаточно рутинным является измерение профиля показателя преломления в заготовке с помощью анализатора типа P102 фирмы "York Technology". Также достаточно распространены приборы типа "S-14" фирмы "York Technology", позволяющие измерять ППП в световодах. Важно отметить, что эти приборы не требуют изготовления специальных образцов для проведения измерений.

В двухкомпонентных силикатных стеклах показатель преломления линейно зависит от концентрации легирующего оксида, по крайней мере до уровня 30 мол.% GeO2 и 17 мол.% P2O5. Поэтому далее уровень легирования кварцевого стекла будет описыватся при помощи относительного показателя преломления:

n — n

А =-ккв^ -100%,

n

кв.ст.

где пквст. - показатель преломления нелегированного кварцевого стекла, n - показатель преломления равномерно легированного стекла, или максимальное значение показателя преломления в сердцевине исследуемого световода. Поскольку измерения профиля показателя преломления в заготовках и световодах проводятся на длине волны 632.8 нм то именно для этой длины волны будут приводиться значения относительного показателя преломления.

4.Полученные результаты

Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния в германосиликатном стекле от относительного показателя преломления, полученная на основе измерений световодов вытянутых при температуре 1860° представлена на рисунке 1 (точки 1 и 2). Переход от измеряемых "усредненных" по ППП КРР к коэффициентам в равномерно легированном стекле приводит к уменьшению разницы между измеренными значениями коэффициентов в световодах с разными ППП (1-градиентный и 2 - ступенчатый) от 35% до лежащих в пределах погрешности измерений 2-5%. Линейная аппроксимация результатов позволяет найти аналитическую зависимость КРР от относительного показателя преломления германосиликатного стекла:

Арэл. = 0.75(1+(0.58±0.05)А), [дБ-мкм4/км](4)

здесь А - относительный показатель преломления легированного стекла, выраженный в процентах. Данная зависимость в пределах погрешности измерений согласуется с данными других исследователей (см. таб.1).

Для сравнения на рисунке 1 показаны коэффициенты A* (формула 3), полученные графическим методом "Я-4 анализа" (точки 3). Видно, что для высоких значений А эти коэффициенты оказались в 2-5 раз больше, чем КРР, полученные прямыми измерениями. Как уже упоминалось, в высоколегированных одномодовых световодах присутствует аномальное рассеяние, интенсивность которого имеет сильную зависимость от длины волны [20, 22, 25]. Вклад аномального рассеяния в оптические потери высоколегированных световодов не только сравним со вкладом рэлеевского рассеяния, но даже может превышать его в несколько раз [29]. Поэтому значения коэффициентов A* определяются не только собственно рэлеевским рассеянием, но и аномальным рассеянием. Таким образом, величина

коэффициентов А* может существенно отличаться от реальных КРР в сердцевине световода, что делает данный метод неприменимым для определения коэффициентов рэлеевского рассеяния в одномодовых световодах. Необходимо отметить, что в работах [10, 11], в которых сообщалось о сверхлинейном росте коэффициентов рэлеевского рассеяния при увеличении концентрации оксида германия до 30 мол%, использовался именно метод "Я-4 анализа".

о о го

CL

о ^

й *

Ш LQ О- Ч

=г

-а -а

m

2

О - 1 О - 2 • - 3

0.00.51.01.52.02.5

относительный показатель преломления А, %

3.0

8

7

6

5

4

3

2

0

Рис.1. Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния в германосиликатном стекле от относительного показателя преломления. Обозначения: 1 - световоды с градиентным ППП, легированные GeO2; 2 - световоды со ступенчатым ППП, легированные GeO2; 3- коэффициенты А , полученные "Я-4 анализом". Прямая линия -аппроксимация коэффициентов рэлеевского рассеяния линейной зависимостью от концентрации.

Таблица 1. Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния от концентрации оксида германия

Методом обратного рассеяния были также проведены измерения коэффициентов рэлеевского рассеяния в фосфоросиликатных световодах. Световоды имели ступенчатый ППП, и были вытянуты при температуре 1860°. Можно видеть, что величина КРР в световодах (рис.2, точки 1) оказалась на 10-20% больше, по сравнению с результатами измерений в объемных образцах (кривая 2). Рост рэлеевского рассеяния, в 2-3 раза по сравнению с объемными образцами, обнаруженный в работе [12] не наблюдался. Так же, как и в случае германосиликатных световодов резкий рост коэффициентов рэлеевского рассеяния в работе [12] был обнаружен при помощи "Я-4-анализа", который, как уже было

отмечено, в случае одномодовых световодов может давать сильно завышенные значения КРР.

Й

относительный показатель преломления д, %

Рис2. Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния от относительного показателя преломления стекла, легированного P2O5.

2.5

о о го ср

S 1

о S ш *

CP Ч

=г

-а -а

m о

2.0

1.5

1860188019001920

температура вытяжки световода, градусы

1940

Рис.3. Зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния от температуры вытяжки световода.

Необходимо отметить, что увеличение КРР в сердцевине одномодовых световодов по сравнению с объемными образцами вполне предсказуемо, поскольку их тепловые предыстории могут существенно различаться. В процессе вытяжки сначала происходит нагрев заготовки до температуры значительно выше температуры стеклования, а затем "ударное" охлаждение световода до комнатной температуры за очень короткое время (1-2 сек). Поэтому, в отличие от объемных образцов, флуктуации концентрации и плотности "замерзают" в световоде не при температуре размягчения Tsoft, а при более высокой фиктивной температуре Tf (см. формулу 1), которая определяется скоростью вытяжки световода и температурой в области перетяжки заготовки в световод (область "луковицы"). Температура в области "луковицы", в свою очередь, зависит от температуры нагревательной печи, хотя и не равна ей. Поэтому следует ожидать, что уровень рэлеевского рассеяния будет зависеть от температуры вытяжки световода. Измерения коэффициентов рэлеевского рассеяния методом обратного рассеяния подтверждают сделанные предположения. В световоде с концентрацией 26 мол.% GeO2 (Д = 2.4%, Д = 2.13%) изменение температуры

1.0

я и н я е с с а р

0.5

0.0

0.0

0.5

1.0