ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2014, № 12 · ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА

Резонансные неравновесные СВЧ плазмохимические системы в технологии синтеза специальных кварцевых волоконных световодов

Л.М. Блинов1, Ю.В. Гуляев1, В.А. Черепенин1, А.П. Герасименко2

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2 ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», Россия
Полный текст EDN RPBDLK

Аннотация

Представлены оптимальные конструкции резонаторных СВЧ плазмотронов на виде колебаний ТЕ 111 и ТМ 020 и методы плазмохимического осаждения (внутреннего и внешнего) оптических структур заготовок специальных двухслойных волоконных световодов на основе кварцевого стекла, легированного фтором и азотом в плазме резонансного СВЧ-разряда пониженного давления (PCVD и POVD методы). Внешнее осаждение отражающей фторсиликатной оболочки на кварцевый стержень (POVD-метод) позволяет изготавливать недорогие гибкие, радиационностойкие, высокоапертурные (~ 0,3) многомодовые волоконные световоды с кварцевой сердцевиной повышенного диаметра (>1 мм). Метод внутреннего плазмохимического осаждения (PCVD-метод) сердцевины (кварцевой, оксинитридной) внутри толстостенной кварцевой или фторсиликатной трубы с толщиной стенки 8-10 мм и более, являющейся отражающей оболочкой, позволяет изготавливать недорогие специальные радиационностойкие, одномодовые волоконные световоды. На заготовку двухслойного волоконного световода POVD-методом может быть осаждена защитная оксинитридная оболочка. Предложен метод автоматизированного управления резонансным режимом СВЧ плазмотрона и оптимальной температурой процесса осаждения оптических структур специальных волоконных световодов на основе мощного транзисторного усилителя.

  • свч
  • плазма
  • световод
  • легированное фтором и азотом
  • microwave plasma
  • optical fiber
  • резонанс
  • кварцевое стекло
Abstract (in English)

Optimal designs of microwave plasmotrons, using TE 111 and TM 020 modes cavities, and methods of internal and external plasmochemical deposition (PCVD and POVD) of optical structures for special two-layer optical fiber performs, based on F-doped and N-doped silica glass, formed in a low-pressure microwave plasma, are presented. Outside deposition of the F-doped silica reflective cladding on a pure silica rod (POVD-method) makes possible to produce low-cost, flexible, radiation-resistant, high-aperture (NA ~ 0.3) multimode fibers, having pure silica core with high diameter (more, than 1 mm). Plasmochemical deposition of the core layer (pure, or N-doped silica glass) on the internal surface of a thick-wall silica tube, having a wall thickness 8 ÷ 10 mm, or more, which forms the reflective cladding (PCVD-method), makes possible to produce low-cost special radiation-resistant single-mode optical fibers. POVD-method enables also to deposit a protective oxynitride layer on the external surface of the two-layer optical layer perform. Method of automatic control the resonance mode of plasmotron working and the optimal working temperature during the deposition of optical structures for special optical fibers performs, based on using of the high power transistor amplifier, is also presented.

Для цитирования

Блинов Л.М., Гуляев Ю.В., Черепенин В.А., Герасименко А.П. Резонансные неравновесные СВЧ плазмохимические системы в технологии синтеза специальных кварцевых волоконных световодов // Журнал радиоэлектроники. – 2014. – № 12.

Литература

  1. “Optical Fiber Communications”, vol. 1, ed. By Tingy Li, Academic Press, Orlando, 1985.
  2. Th. Hunlich, H. Bauch, R.Th. Kersten, V. Paquet, G.F. Weidmann, "Fiber preform fabrication using plasma technology: a review". // J. Opt. Commun., 1987, vol. 4, № 8, p. 122-129.
  3. Блинов Л.М., Берикашвили В.Ш., Фирсов В.М. «Способ получения оптического волокна» Авт. свидетельство № 869225 с приоритетом от 31.08.1979.
  4. Блинов Л.М., Заморенов А.Т., Кирсанов А.В., Лысов Г.В., Петров Е.А. «Установка для сверхвысокочастотной плазменной обработки». Авт. свидетельство №876039 с приоритетом от 29.02.1980.
  5. Блинов Л.М., Девяткин И.И., Дианов Е.М., Лысов Г.В., Прохоров А.М.,Фирсов В.М. «Способ получения заготовок волоконных световодов и устройство для его осуществления». Авт. свидетельство № 987924, с приоритетом от 11.06.1981.
  6. Koel G.J. «Технические и экономические аспекты различных способов производства волокна». //Материалы 8 Европейской конференции по волоконной оптике. Канны, 1982 г.
  7. Geittner P. //CVD-1984, Proc.9th Int. Conf. Cincinnati, Ohio, 7-10 May, 1984, pp. 479-502.
  8. Блинов Л.М., Володько В.В., Соломатин А.М. «Применение плазмы СВЧ-разряда пониженного давления для синтеза оптических структур волноводов». //«Плазмохимия-89», II, Москва 1989.
  9. Артюшенко В.Г., Блинов Л.М., Володько В.В., Гуляев Ю.В., Дианов Е.М., Конов В.И., Пашинин В.П., Прохоров А.М., Силенок А.С., Соломатин А.М., Фирсов В.М., Шилов И.П. «Кварцевые волоконные световоды для передачи мощного лазерного излучения». //Известия АН СССР, т.54, №8, стр. 1570-1573, 1990.
  10. Блинов Л.М., Блинов А.Л., Володько В.В., Соломатин А.М., Фирсов В.М. «Способ производства ЗВС». Патент РФ № 2036864 с приоритетом от 23.09.1991г.
  11. Neuberger W., Blinov L.M. “Surface plasma wave coating technique for dielectric filaments”. Patent US № 5,595,793, 1997 г.
  12. Neuberger W., Blinov L.M. “Method and apparatus for coating dielectrics”. Patent US № 5,597,624, 1997.
  13. Neuberger W., Blinov L.M., Pavlov V.V. “Method and device for plasma vapor chemical deposition of homogeneous films on large flat surfaces”. Patent US № 5,563,365, 1997.
  14. Blinov L.M. “Method for production of silica optical fiber perform”. Patent US № 6,928,839, 2005.
  15. Neuberger W., Blinov L.M. “Method of silica optical fiber perform production”. Patent US № 6,988,380, 2006.
  16. Neuberger W., Volodko V.V., Blinov L.M. “Method of forming an optical fiber perform using an E020 plasma field configuration”. Patent US № 6,138,478, 2000.
  17. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «Способ изготовления заготовок волоконных световодов, устройство для его осуществления и заготовка, изготовленная этим способом». Патент РФ № 2362745 с приоритетом от 18.06.2007.
  18. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «Способ изготовления заготовок волоконных световодов, устройство для его осуществления и заготовка, изготовленная этим способом». Патент РФ № 2363668 с приоритетом от 08.08.2007.
  19. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «Способ изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов, устройство для его осуществления и заготовка, полученная данным способом». Патент РФ № 2385842 с приоритетом от 02.12.2008.
  20. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. « Устройство для изготовления кварцевых штабиков заготовок волоконных световодов». Патент РФ № 92284 с приоритетом от 12.11.2009.
  21. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «Способ и устройство для бокового осаждения на кварцевый стержень повышенного диаметра отражающей фторсиликатной оболочки в СВЧ плазме пониженного давления». //Тезисы доклада Всероссийской конференции по волоконной оптике, г. Пермь, 2009г. «Фотон-экспресс», №6, 2009, стр. 51-52.
  22. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «Способ изготовления кварцевых заготовок одномодовых волоконных световодов, устройство для его осуществления и заготовки, изготовленные данным способом». Патент РФ № 2433091 с приоритетом от 19.04.2010.
  23. Дикарев Ю.И., Сыноров В.Ф., Толстых Б.П. «Плазмохимическое травление в технологии ИС». //Зарубежная электронная техника 2, январь 1978, ЦНИИ «Электроника».
  24. Александров Д.И. Модель газофазных процессов в СВЧ разряде пониженного давления O2/SiCl4/SF6 при осаждении слоев SiO2. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.ф.м.н. Москва, 1987.
  25. Babenko V.A., Blinov L.M., Volodko V.V., Kaganov L.I., Ragavski A.A., Solomatin A.M. «Plasma-chemical process modeling in fibre waveguide technology». //Sov. Lightwave Commun, 2 (1992), pp. 199-212.
  26. Александров Д.И., Блинов Л.М., Дианов Е.М., Лебедев Ю.А. «Влияние различных типов соударений на энергетическое распределение электронов в плазме пониженного давления: Ar, O2». //«Физика плазмы», т.12, №8, стр. 1008-1012, 1986.
  27. Патент ФРГ № 2444100, 1978
  28. R.Setaka, H.Takahashi, T.Sato, S.Vashida. //New Orleans-84, Digital Technics Papers TUM-2
  29. P. K. Bachmann, P.Geittner, D.Leers, H.Wilson. //Journal of Lightwave technology, vol. LT-4, №7, Yuly 1986, pp. 813-816.
  30. P.Geittner, H.J.Hagemann, J.Warnier, H. Wilson. //Journal of Lightwave technology, vol. LT-4, №7, Yuly 1986, pp. 818-821.
  31. P. K. Bachmann, W. Hermann, H. Wehr, D.I. Wiechert. //Applied Optics, 1April 1986, vol. 25, №7, pp. 1093-1098.
  32. Artjushenko V.G., Blinov L.M., Volodko V.V., Gulyaev Yu.V., Dianov E.M., Prokhorov А.М., Pashinin V.М., Solomatin A.M., Shilov I.P. «Plasma-chemical synthesis of power fiber silica structures in a plasma of RF and SRF discharges». //Sov. Lightwave Commun, 2 (1992), pp. 171-182.
  33. Белов А.В., Блинов Л.М., Володько В.В., Гурьянов А.М., Девятых Г.Г., Дианов Е.М., Долгов А.П., Неустроев В.Б., Прохоров А.М. и др. «Кварцевый волоконный световод с оболочкой, легированной фтором, и сердцевиной из чистого кварцевого стекла». //«Квантовая электроника», №3, том 12, 1985.
  34. Блинов Л.М., Володько В.В., Каганов Л.И., Ражавский А.А. «Получение легированных фтором слоев кварцевого стекла в СВЧ-разряде пониженного давления». //Письма в ЖТФ, т.17, вып. 19, стр. 87-91, 1991г.
  35. Дианов Е.М., Корниенко Л.С., Никитин Е.П., Рыбалтовский А.О., Сулимов В.Б., Чернов П.В. «Радиационно-оптические свойства волоконных световодов на основе кварцевого стекла». //«Квантовая электроника», т.10, №3, 1983.
  36. Блинов Л.М., Володько В.В., Соломатин А.М., Фирсов В.М. «Влияние состава световодов на радиационную устойчивость». //«Электронная техника», сер. 6, вып. 2, 1990.
  37. Долгов И.И., Иванов Г.А., Чаморовский Ю.К., Яковлев М.Я. «Радиационно-стойкие одномодовые оптические волокна с кварцевой сердцевиной». //Спец. выпуск «Фотон-экспресс» - «Наука», № 6, 2005.
  38. Абрамов А.В., Блинов Л.М., Володько В.В., Дианов Е.М., Корниенко Л.С., Рыбалтовский А.О., Соломатин А.М., Харламов А.Н. «Радиационные центры окраски в кварцевых фторсодержащих стеклах, изготовленных PCVD методом». //«Высокочистые вещества», №2, стр. 63-67, 1990.
  39. Гурьянов Н.Н., Ким В.М., Машинский В.М., Неустроев В.Б. и др. «Основные радиационные эффекты в германосиликатном стекле и волоконных световодах на его основе». //Труды ИОФАН - 1990, т.23, с. 94.
  40. Томашук А.Л., Голант К.М., Забежайлов М.О. «Разработка волоконных световодов для применения при повышенном уровне радиации». //«Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства», №4, 2001, с. 52-65.
  41. Блинов Л.М., Володько В.В., Гонтарев Г.Г., Лысов Г.В., Полак Л.С. «СВЧ плазмотроны, их характеристики и область применения». //«Генераторы низкотемпературной плазмы». «Энергия», Москва, 1969г., стр. 345-367 (Труды III Всесоюзной научно - технической конференции по генераторам низкотемпературной плазмы).
  42. Блинов Л.М., Володько В.В., Соломатин А.М., Фирсов В.М. «Устройство для получения ЗВС». Авт. свидетельство № 1573753 от 22.02.1990.
  43. Лебедев И.В. «Техника и приборы СВЧ», I, II. //«Высшая школа», Москва, 1970.
  44. Вайнштейн Л.А. «Электромагнитные волны». //Москва, «Радиосвязь», 1988.
  45. Семенов Н.А. «Техническая электродинамика». //«Связь», Москва, 1973.
  46. Никольский В.В. «Теория электромагнитного поля»
  47. Ширман Л.Д. «Радиоволны и объемные резонаторы». //«Связь», 1959.
  48. Левин Н.Л. «К теории тороидальных резонаторов». //ЖТФ, 1946, т.16, вып. 7.
  49. Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В. «СВЧ плазмохимическая установка пониженного давления с использованием транзисторного усилителя для изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов методом PCVD». //Тезисы доклада Всероссийской конференции по волоконной оптике, г. Пермь, 2009г. «Фотон-экспресс», №6, 2009, стр. 130-131.
  50. C.Ray, et al. //"Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng", 1986, v. 717, pp. 27-32.
  51. T. Shiota et al. «Gloio dischard polymerization on optical fiber». // OFC' 86 Technical Dusest, 1989, Atlanta, USA, TUE 3., p. 30
  52. Патент Японии № 62-65948
  53. Патент США № 4.402.993
  54. Блинов Л.М., Володько В.В., Шилов И.П., Куликовский Н.В., Нойбергер В., Грачек Б., Вороновский Д.Ю. « Осаждение алмазоподобных пленок на кварцевое волокно в плазме СВЧ разряда пониженного давления». //«Радиотехника и электроника», вып. 6, 1995.
  55. H.Haramoay et al. //G. of Lyght Techn, v. LT-4, № 8, 1986, pp. 1144-1150.
  56. N. Ucsugu et al. // OFS' 85, San-Diego, Techn. Dig, 1985, pap. Tu 1.
  57. J. Tamira et al. // OFS' 88, Neio Orlean, Techn. Dig, 1988, w. QZ.
  58. F.Flam. //SCI.Neios 1989, v. 135, № 11, p. 167.
  59. T.H. Elmer, M.E. Norolberg. // VII Congres Int du Verre, Comptes Rendus, Charleroi-Bruxelles, 1965.