Диссертация (Исследование оптического диэлектрического микрорезонатора для детектирования наночастиц), страница 12

Приведенные выше результаты полученыс использованием одного сопла.Оригинальность настоящей методики заключается в использованиипростых и широко представленных на рынке датчиков натяжения итемпературы для контроля процесса растяжения ОВ. Использование такихдатчиков создает предпосылки для перехода к полностью автоматизированномупроизводству РОВ. Кроме того, в основе методики будет лежать применениепостоянной скорости растяжения и использование сигнала пропускания для74определения момента остановки процесса растяжения.Разработанная методика обеспечивает изготовление РОВ с заданными ивоспроизводимыми характеристиками.4.2 Описание установкиДля изготовления системы ввода/вывода оптического излучения в ОДМРиспользуется установка, представленная в виде схемы на рисунке 17.Рисунок 17.

Схема установки. 1 – полупроводниковый лазер с внешнимрезонаторомVitaWaveECDL10620R;2–оптическоеволокно;3–электролизная установка ЛИГА 02C; 4 – зажим с регулируемой силой сжатияStenda 7FA1; 5 – подвижка HPS80-50X-M5; 6 – тензометрический датчикконсольного типа CAS BCL-1; 7 – система позиционирования горелки; 8 –пироэлектрический датчик; 9 – система подведения вилки для приклеиванияоптического волокна; 10 – фотодетектор DET20C/M; 11 – осциллографTektronix TDS 2012C.75Наиболее известным методом производства РОВ является метод,основанныйнанагревезаготовкиОВспоследующимпродольнымрастяжением.

В научной литературе приводится описание установок дляпроизводства растянутого оптического волокна, при этом наиболее часто впроцессе использования данных установок длина перетяжки РОВ превышает 3мм. А наилучшие результаты были достигнуты с применением дорогостоящейсистемы шумоподавления и системы контроля параметров РОВ в видемикроскопа: в данном случаерастянутое оптическое волокно имелокоэффициент пропускания оптического излучения 99,95% при диаметреволокна530нм.Преимуществоданнойустановкизаключалосьвиспользовании датчиков контроля натяжения волокна и температуры пламенидля мониторинга параметров вытягивания.

В соответствии с показаниямидатчиков в ходе работ в режим вытягивания заготовки могут вноситьсянеобходимые для обеспечения повторяемости параметров РОВ изменения.Датчик натяжения помогает определить проскальзывание ОВ в зажимныхопорах и момент размягчения волокна, что, в свою очередь, позволяетопределить оптимальный размер и положение пламени, а датчик температурыобеспечивает дополнительный контроль за нагреваемой зоной. Помимо этого,установка отличается упрощенной конструкцией, за счет чего снижаетсястоимость изготовления РОВ и обслуживания установки.

Внешний видустановки показан на рисунке 18.76Рисунок18.Внешнийвидэкспериментальнойустановкипорастяжению оптоволокнаВ качестве источника нагрева была использована кислородно-водороднаясмесь от электролизера, который позволяет получать горючую смесь встехиометрической пропорции.

Таким образом, не возникает необходимостьиспользовать дополнительные прецизионные регуляторы потока газа дляподбора оптимального состава смеси. Пламя формируется с помощью насадок,которые изготавливаются из игл одноразовых медицинских шприцов, которыеразмещаются на одной прямой, что позволяет поддерживать равномерныйнагрев на фиксированной длине. Использование насадок для разной шириныпламени позволяет получить различную длину растянутой области, что можетбыть необходимым для связи с ОДМР разных размеров и формы.

К примеру,диаметр ОДМР, изготовленного термическим методом, составляет десяткимикрон, а ОДМР, полученного механической обработкой, может превышать 5мм. Использование электролизера в качестве источника горючей смеси имеетследующую особенность: горючая смесь поступает в горелку уже готовой,необходимо поддерживать определенную скорость потока в сопле.

Если77скорость потока снижается, пламя может попасть внутрь сопла. Для контроляпотока готовой смеси горелки на выходном патрубке электролизера установленрасходомер. Газовая струя, которую создает пламя, может деформироватьрастягиваемое волокно, когда оно становится совсем тонким. Данныйнедостаток приводит к возможному обрыву волокна и может быть устраненпосредствомиспользованиянагревательногоэлемента.вВсоставеэтомустановкислучаенагревэлектрическогополучаетсяболееравномерным.

Однако у электрического нагревательного элемента естьнедостаток, связанный с испарением материала на элементе накала, которыйможет ухудшить состояние поверхности нагреваемого волокна, если непредпринимать специальных мер.Датчик натяжения, который используется в установке, представляетсобой тензодатчик консольного типа. Такие датчики используются вэлектронных весах в качестве чувствительного элемента.

Предельная нагрузкатензодатчика составляет 1 кг. Одним своим концом датчик прикреплен кмассивному корпусу установки. На другой конец датчика прикрепленаплощадка с зажимной опорой, которая находится "на весу". В связи с этим,любое усилие, приложенное к зажимной опоре в направлении вдоль волокна,будетзарегистрировано.Датчиктемпературыпредставляетсобойинфракрасный сенсор, закрепленный вблизи ОВ и направленный в сторонуобласти нагрева.

Данное решение не дает точной информации о температурепламени,нопозволяетоценитьтемпературуповерхностиволокна,необходимую для подбора режима.Такимобразом,описаннаявышеустановкадаетвозможностьизготавливать РОВ с перетяжкой от 3 до 15 мм, а также обеспечиваетпараболический переход между не растянутыми частями РОВ с коэффициентомпропускания 98%. Наилучший достигнутый результатдополнительногонатяжениягеометрияРОВ-98,5%. За счетобладаетжёсткостью.Использование такой конструкции сводит к минимуму притяжение ОДМР кРОВ за счет заряда.784.3 Подбор сопелПри отработке методики растяжения оптоволокна возникла интереснаязадача, связанная с тем, что струя пламени электролизной горелки изгибалаволокно и, как следствие, пропускание оптического излучения черезрастянутую часть волокна снижалось на порядок.Для решения этой задачи был проведен обзор подобных установок зарубежом. Затем были предприняты попытки адаптировать найденные идеи длясобственной установки.Одной из таких идей является создание горелки с буфером из оргстекла, вкоторый вставлены в линию четыре сопла, выполненных из медицинских игл,зафиксированныхэпоксиднымклеем.Использованиетакойгорелкиподразумевает увеличение площади нагрева оптоволокна и уменьшение потокаструи газа, однако, данная конструкция показала свою ненадежность.

Такжебыла попытка разместить иглы в несколько рядов, в виде матрицы, она такжеоказалась неудачной.Другим подходом в решении задачи является использование трубки илипластины, которая бы выполняла роль наконечника и разбивала бы реактивнуюструюпламени.Былипопыткиразбитьреактивнуюструюпламенинесколькими материалами, среди них: молибден (температура плавления 2620℃), углерод (температура плавления 3550 ℃), высокопрочные керамики(температура плавления 2000 ℃), теплоизоляция от корабля «Буран».

Однакони один из образцов не смог подойти на роль кандидата, поскольку первые дваобразца при длительном нагреве выделяли частицы, которые оседали наповерхности РОВ. Керамические сплавы не смогли выдержать длительноголокального нагрева без теплоотвода, теплоизоляция имеет пористую структуруи не подходит по конструктивным особенностям.В результате анализа полученных результатов, было принято решениеотказаться от пути разбиения пламени посредством сопла. Была высказанаидея о том, что в момент начала интерференции, можно уменьшить струю79реактивного пламени посредством перемещения сопла на 10 мм внизотносительнопровальногоположения.Врезультатеэтогодействияувеличивается нагреваемая площадь и уменьшается струя пламени. Былопринято решение использовать для этого сопло с диаметром 0,7 мм.Из всего вышеперечисленного следует, что для растяжения оптоволокнанаилучшим способом подходит сопло диаметром 0,7 мм с возможностью егоперемещения по вертикальной оси.4.4 Исследование связи с микрорезонаторомВ случае, когда ОДМР и система связи находятся на значительномрасстоянии, интенсивность проникающего излучения мала — связь слабая (ванглоязычной литературе режим under coupling).

В рассматриваемой ситуациипотери энергии в ОДМР описывается коэффициентом поглощения по полю k. Вспектре такого элемента находится пик с малой шириной на полувысоте p иненагруженной добротностью Qнн которая представляет ОДМР без учета всехпотерь. Когда расстояние между ОДМР и системой связи уменьшается,амплитуда и полуширина на полувысоте этого пика увеличивается.При уменьшении расстояния и, соответственно, усилении связи,интенсивность и полуширина на полувысоте этого пика будет увеличиваться.При определённом значении расстояния излучение в резонансе не будетотражаться от элемента связи вообще, а вся падающая на резонатор энергиябудет поглощаться или рассеиватьсяОДМР.