Мифы о звукоизоляции Как построить дом из пеноблоков Как построить лестницы на садовом участке Подбираем краску для ремонта Каркасные дома из дерева |
Главная » Доклад 1 2 3 4 Рис.8. Схема лазерного травления и полировки кварцевых труб. Для реализации режимов лазерного травления и полировки кварцевых труб была создана установка, работающая по оптической схеме, показанной графиков видно, что примесно-поврежденный слой имеет величину порядка 300 мкм. Таким образом, видно, что необходимо удалять слой порядка 300350 мкм для получения чистых кварцевых труб. на рис.8, и состоит из следующих систем: - системы регулируемого вращения и линейного движения кварцевой трубы; - оптического тракта, состоящего из СО2 лазера, делителя пучка, зеркал, линз и конструктивных элементов; - сервисной системы, состоящей из элементов газонаддува измерителей, клапанов, блоков питания, управления и контролера. Для оптимизации технологии работы установки проводился цикл работ, сводящихся к снятию разной толщины поверхностного слоя стекла трубы по длине трубы, вырезанию шлифов и измерению гидроксила и трещиноватого слоя в них. Измерения показали что концентрация ОН поврежденного слоя значительно уменьшается на толщине ~ 300 мкм. Детальные исследования, такие как ИК спектрометрия, показали, что при такой обработке лазерным излучением не происходит диффузии примесей и роста (или заплавления) микротрещин в глубь стекла, так как процессы испарения и поверхностное натяжение происходят с большей скоростью и без значительного увеличения температуры в глубину стекла, что показали прямые пирометрические измерения. 8. Получение высокочистого высокодисперсного порошка кварцевого стекла лазерным излучением. При общепринятых технологиях получения порошков двуокиси кремния [13] они содержат примеси ионов хлора, большое количество гидроксильных групп, большое количество кристаллитов и сам порошок имеет очень большой разброс в размерах, и все это затрудняет его применение. Поэтому представляется перспективным получение порошков для различных целей путем испарения кварцевого стекла под воздействии лазерного излучения. Высокоинтенсивное испарение поверхностных слоев кварцевого стекла с помощью излучения СО2 лазера с высокой плотностью мощности позволяет получить высокодисперсные высокочистые нанопорошки SiO2. Лазерная мощность, поглотившись в тонком слое кварцевого стекла, Рис.9. Схема установки для получения кварцевого порошка (а) и характеристики порошка (б) (1 - ИК-спектр; 2 - рентгенодифрактограмма, 3 измерения по обратному рассеянию). нагревает его до температур испарения без образования жидкой фазы (возгонка). Процесс осуществляется при Рs >10 кВт/см , когда практически вся энергия лазерного излучения расходуется на испарения поверхностного слоя, при этом температура в объеме образца будет существенно ниже температуры размягчения. Для этих целей была создана экспериментальная установка рис.9а, где эффективно собирается порошок в замкнутом объеме. При этом отсутствие воздушного потока не дает искусственной сепарации порошка. Были измерены толщины испарившегося слоя стекла в зависимости от плотности мощности лазерного излучения она показывает, что при плотности мощности излучения ~ 10 кВт/см скорость испарения кварцевого стекла составляет более 10 г/час. Были проведены исследования свойств полученных таким способом порошков [14], рис 9(б). Измерения размеров частиц проводились на приборе Coulter LS Particle Sizer Analyser . При этих измерениях была обнаружена сильная конгломерация частиц SiO2. Однако, в спирте и при воздействии ультразвука конгломераты практически разрушились. Измерения показали, что максимум распределения размеров приходится на область 0,07 - 0,1 мкм рис9б. Для исследования фазового состояния порошка были проведены рентгеновские дифракционные исследования по методу Дебая на приборе ДРОН 2.0 . Результаты представлены на рис. 9 из кривой 2) следует, что порошок аморфен, т.е. существует только ближний порядок в расположении атомов, на это указывает широкий пик с максимумом расположенным около 29 = 22°. Прямые измерения удельной поверхности полученного порошка по методу БЭТ на приборе Цвет-211 , показали, что она составляет 70 м /г, отсюда получаем, что средний размер первоначальных частиц равен ~ 4,2x10 мкм. Измерения ИК-спектра пропускания порошков показали (рис. 9), что их конгломерация лежит в области до 2 мкм, что совпадает с предыдущими результатами. Спектр пропускания порошка SiO2 содержит интенсивные полосы поглощения валентных связей SiO2 (1100 см-1) и ряд полос поглощения, принадлежащих Si-О (составные ~ 2000 см-1 и 1875 см-1); обертоны (1640 см-1) Присутствие воды обуславливает широкую полосу поглощения в области валентных связей ОН (3700-3300 см-1) [1-10]. Узкая и достаточно 9. Лазерная сварка световодов и разветвителей. Применение волоконных световодов в системах передачи информации потребовало разработки надежных способов соединения световодов. интенсивная полоса поглощения (2875 см-1) вероятно является колебанием сложного соединения - БЮ2-ОН. Исследования с помощью электронного микроскопа УЕМ-2000 ЕХ при ускоряющем напряжении 200 кВ и результаты этих измерений показали рис.10, что размеры частиц SiO2 находятся в пределах области 70 нм. Измерения проводились с предварительными воздействиями ультразвука по образцам в спиртовой среде. Дифракция в выбранной области (микродифракция) показала, что сферический порошок SiO2 является Среди неразъемных соединений наибольшее распространение получила сварка световодов, позволяющее получить неразъемное соединение с низкими оптическими потерями, высокой прочностью, стабильностью соединения во времени. В качестве источника нагрева световодов в имеющихся сварочных устройствах используются: электрический дуговой разряд, пламя газовой горелка и излучение СО2-лазера. Наибольшее распространение получили устройства для сварки с помощью электрической дуги. Сварочные устройства с лазерным источником нагрева применяются лишь в лабораторных условиях. Достоинства лазерного источника нагрева связаны с локальностью нагрева световода и полной его стерильностью [3-4], и мало исследовано. Для сварки световодов с помощью лазерного излучения использовалась установка, схема которой показана на рис.11. Основными элементами установки являлись: источники излучения (1 и 2) СО и СО2-лазеры со следующими параметрами: 6 и 30 Вт, длина волны: 5-6 и 10,6 мкм. В сваренном световоде измерялись оптические потери на соединении, а также его механическая прочность. Особенность экспериментальной сварочной установки, является использование в качестве источника нагрева также излучения СО лазера (5-6 мкм), излучение которого имеет глубину проникновении в кварцевое стекло ~ 200 мкм. Следовало бы ожидать, что равномерное выделение энергии излучения СО-лазера в объеме световода в течении короткого времени позволит локализовать зону плавления, это важно при сварке одномодовых световодов, когда искажение формы сердцевины световода особенно нежелательно. Для сравнения характеристик сваренных соединений световодов излучением СО и С02 лазерами было получено >200 образцов. Существенного различия характеристик полученных соединений с помощью различного типа лазеров обнаружено не было. Как показывает теплофизический анализ, температура размягчения кварца в случае нагрева Рис.11. Лазерная сварка световодов (а - установка, б - осветитель с цилиндрической линзой для сварки разветвителей, в - оптические потери полученных соединений). В данной работе исследовалась возможность создания с помощью лазерного излучения сложных профилей зон нагрева для сварки нескольких световодов (для сварки плоских волоконно-оптических кабелей и разветвителей. излучением СО2-лазера достигается медленнее чем в случае СО-лазера, но оно все равно на два порядка меньше, чем время сварки. Наиболее простым путем решения этой проблемы является применение цилиндрической оптики. Как показано на рис. 10б пятно сфокусированного такой линзой излучения представляет собой полоску с соотношением сторон 10 : 1. Для лазеров применяемых в данной установке эти линзы позволили сваривать более 3 пар световодов. Как известно, наибольшее распространение для систем связи получили Y и X образные разветвители. Процесс cварки разветвителей требует производить нагрев и размягчение пары световодов на достаточно большой длине ~ 1 - 10 мм. В данной работе была опробована сварка нескольких световодов на длину 1 - 10 мм с помощью излучения СО и СО2 лазеров. Сваривались многомодовые световоды диаметром 125 мкм. Количество свариваемых световодов было 2, 3, 4. В полученных разветвителях достигнуто: коэффициент разделения по каналам 1, вносимое затухание не более - 2 дБ., развязка входных каналов - 35дБ. Главная особенность полученная при сварке пучка световодов - механические характеристики световодов - следующая: при сварке двух световодов более качественная сварка получена СО2 лазером, при сварке более двух световодов лучшая сварка производится СО лазером. Заключение. Рассмотренный комплекс применения инфракрасных лазеров для обработки кварцевого стекла сводится в основном для технологии получения кварцевых световодов и поэтому дополнительно рассмотрим заключительный этап изготовления световодов это: нанесение защитного покрытия световодов с точки зрения применения лазерного излучения. Применение инфракрасного лазерного излучения для полимеризации защитного покрытия может быть актуально с точки зрения ускорения скорости вытяжки световодов и упрощения технических устройств. Скорость полимеризации полимера существенным образом зависит от температуры, до Рис.12. Градиентный нагреватель кремнийорганического покрытия световодов (а нагреватель). для полимеризации схема, б - лазерный которой нагрет компаунд [16-17]. Условия полимеризации компаунда на световодах обладают рядом особенностей: полимер находится на световоде в виде тонких пленок 100 мкм, и полимеризация полимера происходит при высоких температурах. Численные оценки нагрева полимера на световоде [17] показывают, что увеличить скорость полимеризации можно, используя градиентную печь с более высокой начальной температурой. В качестве наиболее простого варианта градиентной печи рассмотрен нагреватель, состоящий из двух ступеней с разными температурами нагревателей Тв1 и Тв2 длиной 11 и 12. График рис.12 показывает скорость покрытия от температуры. Кривая 1 соответствует расположению горячей ступени в начале печи, кривая 2 - в конце. Результаты экспериментальных измерений, проведенных на лазерной вытяжной установке, приводятся на том же рисунке. Полученные экспериментальные данные находятся в согласии с теоретическим расчетом. В процессе эксперимента степень полимеризации покрытия определялась качественно по механическим свойствам полимера и по методике набухания [16]. Создание градиентной печи в виде сочетания ИК- лазера СО2 и обычной длинной ИК-лампы, как показано на рис. 12, позволило реализовать такой режим увеличения скорости полимеризации (как минимум в трое) без увеличения размеров вытяжной установки. Список литературы. 1. Леко В.К., Мазурин О.В. Свойство кварцевого стекла . Ленинград. Наука, 1985г, с 165. 2. Мачулка Г. А. Лазерная обработка стекла . Москва. Советское радио, 1979, с 36. 3. Дианов Е.М., Ионов В.Н., Кашин В.В., Масычев В.И., Русаков С.Я., Семенов С.Л., Сысоев В.К. Лазерная обработка поверхности заготовки в процессе вытяжки кварцевых световодов . Письма в журнал Технической Физики. 1985, Т11 №7, с 473-477. 4. Сысоев В.К. Многофункциональная лазерная технология обработки кварцевого стекла . Тезисы конференции Физика электронных материалов . 1 - 4.10.2002, Калуга. КГПУ 2001, с 366-367. 5. Кашин В.В., Перминов С.М., Перминов В.М., Русаков С.Я., Сысоев В. К. Возможности вытяжки кварцевых световодов с использованием лазерного нагрева . Физика и химия стекла 1988, т 14 № 5, с 744-748. 6. Дианов Е.М., Кашин В.В., Перминов В.М., Русаков С.Я., Сысоев В.К. Равномерность лазерного нагрева кварцевой заготовки при вытяжке световодов . Журнал Технической Физики 1986, т 56 № 5, с 2413-2416. 1 2 3 4 |
© 2024 РубинГудс.
Копирование запрещено. |