Создание метода и оптического комплекса для записи массивов высокоэффективных волоконных решеток Брэгга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Грибаев Алексей Иванович

• Грибаев Алексей Иванович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Грибаев Алексей Иванович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор современной литературы

1.1 Волоконные решётки Брэгга и методы их формирования

1.2 Методы записи чирпированных волоконных брэгговских решеток

1.3 Методы записи массивов волоконных решеток Брэгга

Выводы по главе

Глава 2. Создание оптического комплекса для записи волоконных брэгговских структур интерферометрическим методом

2.1 Расчёт конфигурации интерферометра Тальбота

2.2 Исследование параметров излучения КгБ эксимерной лазерной системы и её оптимизация для записи волоконных решёток Брэгга

2.3 Создание оптического комплекса и построение интерферометра Тальбота

для записи решёток Брэгга

Выводы по главе

Глава 3. Оптимизация и исследование оптического комплекса на основе интерферометра Тальбота

3.1 Методика юстировки интерферометра Тальбота

3.2 Экспериментальное исследование влияния параметров лазерного излучения на спектральные характеристики, записываемых волоконных решеток Брэгга

3.3 Создание и исследование систем оперативного контроля параметров

лазерного излучения

Выводы по главе

Глава 4. Исследование записи решёток Брэгга в оптическом волокне с

использованием интерферометра Тальбота

4.1 Исследование записи волоконных решеток Брэгга в интерферометре Тальбота

4.2 Запись волоконных решёток Брэгга в оптическом волокне, подвергнутом водородной обработке

4.3 Исследование записи чирпированных волоконных решёток

Брэгга

Выводы по главе

Глава 5. Запись массивов волоконных решёток Брэгга

5.1 Методика записи массивов высокоэффективных волоконных брэгговских решёток

5.2 Запись решёток Брэгга через УФ прозрачное фторполимерное покрытие

оптического волокна

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК РАБОТ АВТОРА

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Квази-распределенные массивы волоконных брэгговских решеток активно применяются в составе измерительных комплексов для мониторинга в реальном времени напряжения в конструкционных элементах, состояния объектов инфраструктуры, дамб, мостов, башен, тоннелей, температуры в нефтегазовых скважинах, а также во многих других высокотехнологических сферах деятельности человека. К достоинствам таких комплексов можно отнести их компактные размеры и малый вес, низкую чувствительность к электромагнитным помехам, возможность мультиплексирования большого числа чувствительных элементов в одном оптическом волокне, а также полную взрыво- и пожаробезопасность благодаря отсутствию токоведущих частей. Такие системы мониторинга в реальном времени широко востребованы при разработке устройств, предназначенных для работы в экстремальных условиях окружающей среды и труднодоступных местах.

Используемые на сегодняшний день методы записи массивов волоконных решеток Брэгга имеют существенные ограничения по достижению высокой отражательной способности и точности длины волны отражения брэгговских резонансов записываемых массивов решеток, что сужает диапазон их применения. Метод записи массивов волоконных решеток Брэгга, реализованный в процессе вытяжки оптического волокна, является самым технологичным, однако имеет следующие недостатки: отсутствие возможности контроля параметров отдельных решеток Брэгга в процессе записи, существенное ограничение спектральных характеристик решеток, дороговизна технологии и использование оптического волокна с повышенной концентрацией диоксида германия (0е02).

Совершенствование и оптимизация технологий по записи массивов волоконных решеток Брэгга расширяет возможности применения

распределенных решеток при разработке волоконно-оптических приборов и систем.

Таким образом, исследования, связанные с созданием оптического комплекса и метода записи массивов волоконных решеток Брэгга, являются актуальными.

Целью настоящей работы является создание оптического комплекса для записи массивов высокоэффективных решеток Брэгга в широком спектральном диапазоне и метода записи для обеспечения высокой точности периода ИК и дифракционной эффективности.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- Анализ существующих интерферометрических методов записи волоконных решёток Брэгга;

- Расчёт геометрических параметров для построения интерферометра Тальбота и выбора его оптических и подвижных элементов;

- Исследование параметров лазерного излучения КгБ эксимерной лазерной системы;

- Создание и исследование оптической схемы комплекса для записи волоконных решеток Брэгга интерферометрическим методом;

- Оптимизация оптического комплекса для повышения эффективности записи волоконных решеток Брэгга путем контроля положения оптического волокна и параметров лазерного излучения в реальном времени;

- Разработка метода записи массивов высокоэффективных решеток Брэгга на едином участке оптического волокна с сохранением прочности световода и обеспечением высокой точности длин волн отражения брэгговского резонанса.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней:

1. Впервые представлена методика юстировки интерферометра Тальбота, заключающаяся в сравнении записываемых в нём волоконных решеток

Брэгга с решётками, записанными методом фазовой маски с фиксированным периодом, которая позволяет настраивать плоскопараллельное положение зеркал интерферометра с точностью до 10 угловых секунд.

2. Впервые предложен метод записи массивов волоконных решеток Брэгга типа I на едином отрезке одномодового стандартного телекоммуникационного оптического волокна с точностью выставления длины волны отражения каждой отдельной дифракционной структуры не менее 50 пм и коэффициентами отражения равными 98±1 %, использующий результаты предварительной записи решеток с малой дифракционной эффективностью для расчета корректирующего угла поворота зеркал.

3. Впервые одним 17 нс лазерным импульсом записана волоконная решетка Брэгга типа I с коэффициентом отражения около 71% с помощью интерферометра Тальбота, имеющая ширину спектра отражения на полувысоте 0,08 нм.

4. Впервые в оптический комплекс для записи волоконных решеток Брэгга интерферометрическим методом внедрена система оперативного контроля параметров лазерного излучения, таких как ширина спектральной линии, распределение энергии в лазерном пучке, энергия в пучке, положение оптического волокна относительно лазерного пучка, позволяющая с высокой стабильностью и повторяемостью записывать волоконные решетки Брэгга в течение длительных интервалов времени.

Практическое значение работы состоит в следующем:

1. Представлен метод записи массивов волоконных решеток Брэгга типа I на едином отрезке одномодового стандартного телекоммуникационного оптического волокна с точностью выставления длины волны отражения каждой отдельной дифракционной решетки не менее 50 пм и коэффициентами отражения близкими к 100%.

2. Получены экспериментальные результаты влияния водородной обработки двулучепреломляющих оптических волокон с эллиптичной

напрягающей оболочкой на параметры записываемых волоконных решеток Брэгга.

3. Определены параметры лазерного излучения, требующие оперативного контроля, и реализованы системы для обеспечения контроля этих параметров в процессе записи волоконных брэгговских решеток.

4. Предложен оптимальный режим записи волоконных решёток Брэгга через разработанное фторполимерное УФ прозрачное защитное покрытие, который сохраняет целостность защитной оболочки и механическую прочность световода.

Защищаемые положения:

1. Предложенная и реализованная методика записи спектрально мультиплексированного высокоточного массива волоконных решеток Брэгга типа I в интерферометре Тальбота в многоимпульсном режиме, заключающаяся в анализе и корректировке периода интерференционной картины по результатам предварительной записи слабо-отражающей решетки, позволяет достигать точности выставления длины волны отражения каждой отдельной дифракционной решетки не менее 50 пм и коэффициента отражения близкого к 100%.

2. Предложенное и исследованное УФ прозрачное защитное покрытие, представляющее собой фторполимерный состав, нанесенный 10 мкм слоем на кварцевую часть германо-силикатного световода, позволяет без его удаления и, соответственно, нарушения целостности оптического волокна, индуцировать волоконные решетки Брэгга с дифракционной эффективностью до величины близкой к 100% в многоимпульсном режиме и обеспечить прочность на растяжение до 3,0 ± 0,17 ГПа при покрытии оптического волокна, диаметр кварцевой оболочки которого равен 125 мкм, стандартным акрилатом поверх фторполимерного слоя до 250 мкм.

Личный вклад автора. Все приведенные в диссертации результаты исследований, составляющие ее научную новизну и выносимые на защиту, получены автором лично, либо при его непосредственном участии.

Достоверность полученных результатов подтверждается их воспроизводимостью, согласованностью с известными теоретическими и экспериментальными данными, использованием обоснованных и апробированных физических методов, а также опубликованием основных результатов работы в журналах из перечня ВАК и цитируемых в базах данных Scopus и Web of Science.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание метода и оптического комплекса для записи массивов высокоэффективных волоконных решеток Брэгга»

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies» (FLAMN) (Пушкин, Россия, 2013, 2016); на XII международной конференции «Прикладная оптика - 2016» (Санкт-Петербург, Россия, 2016); на II - III международной научно-практической конференции «Sensorica» (Санкт-Петербург, Россия, 2014, 2015); на II - VII Всероссийских конгрессах молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 20132018); на VIII, IX, X международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика» (Санкт-Петербург, Россия, 2013, 2015, 2017); на XLIII, XLIV, XLV, XLVI научных и учебно-методических конференциях Университета ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2014-2017).

Победитель конкурсов грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга в 2015, 2016 и 2017 годах, проводимых Комитетом по науке и высшей школе.

Внедрение результатов.

Результаты настоящего исследования используются при изготовлении чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков, разрабатываемых на кафедре Световодной фотоники Санкт-Петербургского

национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, а также легли в основу совместных работ по созданию тензометров и датчиков акустической эмиссии на брэгговских решетках, выполняемых совместно с ООО НИЦ "ИРТ".

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 статьях в журналах, входящих в список ВАК (из них 4, индексируемые базами цитирования Scopus и Web of Science). Полный список публикаций по теме диссертации составляет 20 наименований. По результатам диссертационного исследования оформлен 1 патент, получена справка о приоритете.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков и 10 таблиц, список использованной в работе литературы представлен 91 наименованием.

Глава 1. Обзор современной литературы

1.1 Волоконные решётки Брэгга и методы их формирования

В начале второй половины XX века произошло несколько значимых научных и технических открытий в области создания лазерных источников излучения, разработки технологий изготовления оптических волокон (ОВ) и др. В начале 70-х годов активное развитие лазерной техники и волоконной оптики позволило исследовать применение лазерного излучения и ОВ для систем связи. Таким образом в 1978 году в Канадском Исследовательском Центре Связи впервые была получена постоянная во времени волоконная брэгговская решетка (ВБР) [1,2].

Авторам работы удалось записать решетку Брэгга в ОВ следующем образом: излучение одночастотного аргонового лазера с длиной волны 488 нм вводилось через линзу в сердцевину метрового отрезка ОВ с повышенной концентрацией 0е02. Далее излучение, проходя через сканирующий интерферометр Фабри-Перо, регистрировалось фотоприемником и осциллографом (рисунок 1.1).

Рисунок - 1.1 Схема записи и регистрации первой ВБР

В ОВ создавалась стоячая волна в результате интерференции двух волн, распространяющихся навстречу друг другу: волны, введенной в ОВ, и волны, отраженной от торца волокна на границе раздела двух сред [3]. В сердцевине ОВ изменился показатель преломления (ПП) в максимумах, что привело к появлению отражения на ВБР в соответствии с условием Брэгга. После введения излучения в ОВ был зарегистрирован непрерывный рост отражения с 4% в узкой области спектра. В течение 10 минут отражение выросло до 44%. Данный метод записи ВБР имеет существенные ограничения в изменении спектральных параметров, поэтому он не нашел дальнейшего развития.

Позднее в 1982 году, была представлена работа [4] по изучению спектра поглощения в диапазоне от 170 до 400 нм стекла германо-силикатной заготовки, изготовленной методом модифицированного химического осаждения из паровой фазы (МСУО). Такие заготовки широко используются для производства ОВ на башне вытяжки.

» » Ge/P/Si с „ 0 с

160 200 240 280 320 360

к, нм

Рисунок - 1.2 Спектр поглощения германо-силикатного стекла в диапазоне

от 170 до 400 нм

Как видно из представленного спектра, поглощение германо-силикатных стекол имеет три максимума в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, расположенных вблизи 185, 242, 325 нм [3,5]. Поглощение света может приводить к изменению ПП германо-силикатного стекла, такое явление называют фоторефрактивностью.

В 1989 году был представлен принципиально новый подход к записи ВБР в ОВ [6]. Запись производилась через боковую поверхность ОВ. В данной работе использовался импульсный перестраиваемый лазер на кумариновых красителях с длиной волны излучения в диапазоне 486-500 нм. Накачка красителя производилась с помощью ХеС1 эксимерного лазера, а удвоение частоты выходного излучения обеспечивалось применением ВВ0 кристалла. Мощность используемого лазера достигала в импульсе 40 мВт с длиной временной когерентности равной 10 см.

Рисунок - 1.3 Схема записи ВБР интерферометрическим методом

Для создания интерференционной картины (ИК) был построен интерферометр, представленный на рисунке 1.3, состоящий из светоделителя (СД) и двух зеркал (М), которые сводят пучки в области ОВ. Для увеличения плотности энергии на поверхности ОВ в плечах интерферометра были

установлены цилиндрические линзы (ЦЛ). Представленный метод записи через боковую поверхность позволил варьировать спектральные характеристики записываемых в ОВ периодических структур в широком диапазоне.

В начале 90-х годов уже были коммерчески доступны различные лазерные источники излучения, волоконно-оптические компоненты, измерительные приборы и ОВ. Эти два факта подтолкнули научное сообщество на активные исследования в области записи ВБР и их практическое применение.

ВБР представляет собой участок ОВ, в сердцевине которого ПП

периодически изменяется в продольном направлении (рисунок 1.4) [3].

\

!

Решетка показателя преломления п т I_гиииииииш_.

т

Рисунок - 1.4 Волоконная брэгговская решётка

Излучение, распространяющееся по ОВ, представляет собой комбинацию собственных мод волокна: направляемых и излучательных. Излучательные моды ОВ формируют непрерывную функцию, а направляемые соответствуют дискретному набору постоянных распространения Pi [3]. При отсутствии изменений в ПП, моды распространяются без взаимодействия друг с другом. Поэтому период наведенной модуляции ПП связывает основную моду ОВ с модой, распространяющейся в обратном направлении. В результате, на дискретной

длине волны распространяющееся по ОВ излучение отражается от ВБР [3]. Коэффициент отражения зависит от глубины модуляции ПП и длины ВБР, а центральная длина волны отражения определяется условием Брэгга [3]:

Лв = 2 п е//Л, (1.1)

где кв - длина волны брэгговского резонанса, п^ - эффективный ПП сердцевины ОВ для центральной длины волны, Л - период брэгговской решётки.

Свет, распространяющийся в сердцевине ОВ, рассеивается каждой гранью ВБР. Если условия Брэгга не выполняются, то отраженный от каждой грани периодической структуры и свет не попадает в фазу, в конце концов, затухает. Для длин волн, которые удовлетворяют условию Брэгга, вклады отраженного света от каждой грани решетки ПП складываются и распространяются по ОВ в обратном направлении [3].

Рассмотрим однородную ВБР, сформированную в сердцевине одномодового ОВ со средним показателем преломления п0. Профиль ПП может быть выражен как [3]:

п(г) = п 0 + Лп с о 5 (—р) (12)

где Дп - амплитуда модуляция ПП ВБР, Л - период решетки, х - расстояние вдоль оси ОВ. С помощью теории связанных мод выразим функцию спектра отражения ВБР [3]:

ЖХ П = п25 ¿ пН2(5 1 ) И

( ' ) Лк25Ы112(51) +5 2со 5}12(5г) ( . )

где К(к, I) - отражение ВБР как функция от длины волны X и длины решетки

I, О - коэффициент связи, Дк = к - ж/к - волновой вектор расстройки, где к =

2 2 2

2жП(/Х - это постоянная распространения и 5* = О - Дк . Коэффициент связи для синусоидальной функции модуляции ПП выражается:

П = (1.4)

где ц(У) ~ 1-1/V, (Р>2,4) - функция, определяющая процент интенсивности основной моды в сердцевине ОВ.

Для брэгговской длины волны Ак = 0, поэтому выражение (1.3) приобретает вид:

Я(А,0 = £ спк 2( П I ). (1.5)

Рассчитанный спектр отражения ВБР как функция длины волны

показан на рисунке 1.5.

1.0

1549,6 1549.8 1560.0 1550.2 1 550.4

Длина волны (нм) Рисунок - 1.5 Расчётный спектр отражения ВБР

Коэффициент отражения ВБР тем больше, чем больше глубина модуляции ПП внутри волоконной решетки Брэгга. Из выражения (1.1) видно, что резонансная длина волны ВБР зависит от эффективного ПП сердцевины ОВ и периода модуляции ПП [3].

Одним из важнейших параметров ВБР является величина наведенной модуляции ПП Ап. Для оценки амплитуды наведенной модуляции ПП слабоотражательной ВБР можно использовать следующую формулу [6]:

Ап = ^х Га пЪ - (16)

где гтах - коэффициент отражения на центральной длине волны брэгговского резонанса.

Так, например, для ВБР, имеющей брэгговский резонанс на 1550 нм, с коэффициентом отражения 10% и длиной периодической струтктуры 15 мм, величина наведенной модуляции ПП Дп в соответствии с формулой (1.6) составляет примерно 1,077*10-5[3].

Основное выражение для расчета ширины спектра отражения ВБР на полувысоте имеет вид [3]:

где N - число штрихов решетки. Параметр а принимается равным 1 для сильно-отражательных решеток (ВБР с отражением около 100%), в то время как для слабо-отражательных решеток а ~ 0,5 [3].

Широко распространенный в настоящее время метод записи ВБР с помощью фазовой маски (ФМ) был предложен в 1993 году авторами работы [9]. Метод фазовой маски в сочетании с эксимерным лазером является наиболее простым в реализации, эффективным и относительно недорогим. Принципиальная схема данного метода представлена на рисунке 1.6.

Излучение

Цилиндрическая

I линза

1ПППППППППППППГ тпппппппппппппг ФМ

-1 /4+1

Волокно

Рисунок - 1.6 Принципиальная схема записи ВБР методом фазовой маски

Пучок, проходя через ЦЛ падает на ФМ, которая расщепляет его на несколько порядков дифракции. В области в несколько микрон от рабочей поверхности ФМ основные +1 и -1 порядки дифракции пересекаются и создают ИК, с помощью которой и происходит модуляция ПП в сердцевины ОВ. Так как период ФМ неизменный, то соответственно, рассматриваемый

метод не позволяет изменять период ИК. Однако есть возможность использовать наборы ФМ с различными периодами.

В этом же 1993 году авторам работы [10] удалось реализовать запись массивов ВБР в процессе вытяжки ОВ с помощью интерферометра и эксимерной лазерной системы. Что было технологическим прорывом в области промышленного производства ВБР (более подробно данный метод рассмотрен в разделе 1.3).

Позднее в 2004 году был впервые продемонстрирован пошаговый метод записи ВБР с помощью фемтосекундного лазера (рисунок 1.7) [11].

излучение

< —Линза

\/ Световод

1-1 - - - --

-»-

Рисунок - 1.7 Принципиальная схема записи ВБР пошаговым методом

Преимущество рассматриваемого метода заключается в том, что не требуется применять ИК, а каждый штрих периодической структуры записывается отдельно в ОВ, соответственно возможно получать периодические структуры с брэгговским резонансом на любой длине волны [12]. Существуют и отрицательные стороны этого метода, которые заключаются в том, что необходимо использовать дорогостоящие высокоточные линейные трансляторы и многоимпульсный режим записи.

Выше были рассмотрены основные схемы записи ВБР, которые используются по настоящее время. Далее в соответствии с целью настоящей работы перейдём к обзору основных оптических схем и применяемым лазерам для записи ВБР интерферометрическим методом.

В качестве источников излучения в интерферометрических оптических схемах используются лазеры с повышенной длиной когерентности, которая позволяет создавать при совмещении двух пучков, вышедших из одной точки, контрастную ИК в области записи ВБР. Источники излучения, применяемые в рассматриваемом методе, имеют как непрерывный режим генерации, так и импульсный.

Методы получения ИК весьма разнообразны, поэтому существует большое число различных конструкций интерферометров, которые и будут рассмотрены далее [4].

а б

Рисунок - 1.8 Интерферометры, используемые для бесконтактной записи решёток Брэгга излучением эксимерного лазера через боковую поверхность

ОВ

В работах [13-15] применяются интерферометры, которые состоят из светоделителя СД, нескольких зеркал М и цилиндрических линз ЦЛ в различных конфигурациях (рисунок 1.8 (а,б)). Преимущества данных интерферометров заключается в возможности изменения периода ИК в

широком диапазоне. А с использованием эксимерного лазера Lambda Physik EMG 150 MSC с селективным резонатором в качестве источника излучения для записи ВБР интерферометрическим методом [15] появилась возможность индуцировать ВБР одним импульсом в процессе вытяжки ОВ.

В качестве записи ВБР интерферометрическим методом также использовали модифицированную форму призменного интерферометра в работах [16-18]. Данный интерферометр имеет минимум оптических элементов.

Рисунок - 1.9 Схема записи ВБР с помощью призменного интерферометра

Модифицированную призму из плавленого кварца, представленную на рисунке 1.9 [19], устанавливали на поворотную платформу для изменения угла наклона а, пересечения пучков в и, следовательно, таким образом изменялся период ИК в пределах 43,5 нм. Для записи ВБР в работе [16] применялся ионный аргоновый лазер (Аг+), который генерирует излучение в непрерывном режиме с длиной волны 514,5 нм и шириной спектра равной 28 пм. При записи ВБР применяли вторую гармонику с выходной мощностью 100 мВт.

Ml M4

M2 M3

Рисунок - 1.10 Схема записи ВБР с помощью интерферометра с 4-мя

зеркалами

В работе [20] применялся интерферометр, состоящий из ФМ, и четырех зеркал (рисунок 1.10), два из которых (M1, M2) зафиксированы под углом 45° к порядкам дифракции, а два находятся на подвижных основаниях (M3, M4) и составляют угол близкий к 45° по отношению к падающему излучению. Такая конфигурация значительно увеличивает возможную длину записываемых ВБР.

Авторы работы [21] продемонстрировали запись ВБР с помощью интерферометра Тальбота (рисунок 1.11) и эксимерного лазера Coherent COMPexPro 150T. На поверхности ОВ создавалась ИК пересекающихся 1/-1 порядков дифракции. Ввиду симметричности и минимального количества зеркал, такой интерферометр относительно прост в настройке и имеет малые потери. Недостатком этого интерферометра является то, что диаметр зеркал интерферометра должен значительно превышать длину записываемых ВБР, ввиду большого угла падения пучков на зеркала [4]. А авторы работы [22] также реализовали интерферометр Тальбота, но в качестве источника излучения применяли третью гармонику Ti: Sa лазерной системы Coherent MIRA с длительностью импульса 350 фс и мощностью 170 мВт.

Рисунок - 1.11 Интерферометр Тальбота

Описанный выше недостаток отсутствует в «эллиптическом» интерферометре Тальбота [23]. Такая конфигурация позволяет расположить подвижные зеркала близко к углу 45°, таким образом, уменьшить размер пучка на зеркалах (рисунок 1.12). В данной схеме отсутствует необходимость экранировать нулевой порядок дифракции. Однако такой интерферометр имеет несимметричное строение, что усложняет его юстировку. Для записи ВБР с помощью эллиптического интерферометра Тальбота применяли пятую гармонику Nd: YAG лазера (алюмо-иттриевый гранат с легированием неодимом), который генерировал импульсы с длиной волны 213 нм, длительностью 150 пс при длине когерентности около 2 см. Энергия пучка диаметром 5,5 мм составляла 7 мДж [23].

УФ

Рисунок - 1.12 Эллиптический интерферометр Тальбота

Существует множество разных конфигураций интерферометров для записи ВБР. Создание любого интерферометра предполагает выполнение нескольких условий, среди которых: простота юстировки, компактность, минимальное количество оптических элементов и подвижных элементов [4]. Конфигурация интерферометра Тальбота, представленная на рисунке 1.11, практичнее и стабильнее относительно всех выше представленных [24].

При решении ряда технологических задач предъявляются всё более жесткие требования к характеристикам излучения эксимерного лазера. В то же время известно, что традиционные эксимерные лазеры имеют сравнительно низкое качества пучка. Очевидно, что улучшение характеристик излучения и возможность управления параметрами лазеров данного типа расширяет диапазон их применения. Необходимые характеристики могут быть получены при использовании специальных селективных и/или неустойчивых резонаторов. В зависимости от требований к ширине спектра генерации, расходимости и энергии импульса используются либо лазеры на основе одного разрядного модуля, либо системы генератор - усилитель с двумя разрядными модулями. В системе

генератор - усилитель излучение маломощного задающего генератора, в котором сформированы пространственные и спектральные характеристики, инжектируется и усиливается в регенеративном усилителе. Системы задающий генератор - усилитель являются технически более сложными, но позволяют чрезвычайно гибко и в широких пределах изменять и формировать пространственные и спектральные характеристики излучения при высоких энергиях импульса генерации [5]. В рамках этого подхода был реализован ряд схем [25-30] для сужения спектра [31].

Представленные эксимерные лазерные системы имеют оптимальные характеристики генерируемого излучения. С помощью дисперсионного резонатора задающего генератора достигаются достаточные временная и пространственная когерентности, а с прохождением через телескопический резонатор усилителя мощности лазерный пучок длительностью порядка 20 нс достигает требуемой энергии более 100 мДж [5]. Также в работах [32,20] была осуществлена запись ВБР интерферометрическим методом с помощью А^ эксимерного лазера.

1.2 Методы записи чирпированных волоконных брэгговских решеток

Отличительными характеристиками обладают чирпированные волоконные брэгговские решетки (ЧВБР), период которых изменяется вдоль их длины непрерывно или ступенчато (рисунок 1.13).

Рисунок - 1.13 Схематическое изображение линейно чирпированной ВБР

Ло

....... I I ГГТ

ДЛеЫгр

Известно, что ЧВБР имеют уширенный спектр отражения по сравнению со стандартными ВБР (рисунок 1.14) [33].

Рассчитать ширину спектра отражения на полувысоте для ВБР с линейно изменяющимся периодом можно как:

A^chirp=2ne/f х AAchirp (1.8)

где, AXchirp - ширина спектра отражения, neJf - эффективный ПП, AAchirp -линейное изменение периода ИК.

R/R,, дБ

-Чирпированная ВБР 2,3 нм/см -----ВБР с постоянным периодом

-

i I

1 ...............1- i I V 1 .......Л........ * 4

У 4

■ ^„¡¿.v-.v ,vJ .v'

1546 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 1556

X, НМ

Рисунок - 1.14 Сравнение спектров ЧВБР и решетки с постоянным периодом

Благодаря своим спектральным возможностям ЧВБР находят активное применение в волоконно-оптических датчиках [34,35], области телекоммуникаций [36,37] и волоконных лазерах [38,39].

Для записи решеток с переменным периодом используются те же методы, что и для стандартных ВБР, а именно, метод фазовой маски [9,40] и интерферометрический метод [5, 16]. При этом изменение периода достигается благодаря использованию ФМ с переменным периодом [41], либо путем применения специальных методов, таких как техники изгиба ОВ во время экспозиции [42], использования ОВ переменной толщины [43],

метод двойной экспозиции [44] и др. Далее более детально рассмотрим достижения перечисленных методов формирования ЧВБР.

В работе [44] представлен метод записи ЧВБР путем двойной экспозиции (рисунок 1.15).

Рисунок - 1.15 Схема записи ЧВБР методом двойной экспозиции

Во время первой экспозиции, излучение эксимерного лазера воздействует на участок ОВ, частично перекрываемый ФМ, которая перемещается вдоль оси ОВ с постоянной скоростью. Линейное перемещение ФМ увеличивает область ОВ, на которую падает лазерное излучение, таким образом, линейно изменяя вдоль оси волокна общую дозу излучения. Так как наведенная модуляция ПП является функцией полученной дозы излучения, то соответственно первая экспозиция вносит градиент эффективного ПП пе£ вдоль облучаемого участка ОВ.

В процессе второй экспозиции, на ту же область ОВ падает излучение, прошедшее через ФМ, что формирует в сердцевине ОВ решетку с постоянным периодом. Хотя ВБР имеет постоянный период, ее эффективный оптический шаг (nef*A) является чирпированным, благодаря изменению ПП во время первой экспозиции.

В результате, данным методом была записана ЧВБР длиной 1,5 см, с резонансной длиной волны 1549 нм и линейным изменяющимся периодом 0,03% в ОВ Corning SMF-28, подвергнутое водородной обработке. Измеренный коэффициент отражения ЧВБР как функция смещения относительно центральной частоты представлен на рисунке 1.16.

-во -«о -го о гс 40 60

Смещение относительно центральной частоты (ГГц)

Рисунок - 1.16 Теоретический и экспериментальный спектры отражения ЧВБР, записанной методом двойной экспозиции

Используя уравнение связанных мод был рассчитан теоретический спектр отражения с линейным чирпингом, который наряду с экспериментально полученным спектром, представлен на рисунке 1.16. Для экспериментальной кривой произведения кЬ=2, где к - коэффициент связи ЧВБР, а Ь - ее длина. Высокое согласование между теоретическим и

экспериментальным спектром показывает, что метод двойной экспозиции обеспечивает надежный контроль изменения периода ЧВБР.

В работе [43] описан метод чирпирования ВБР путем изменения геометрических параметров ОВ, за счёт создания волокна переменной толщины. Метод реализуется в два этапа, которые заключаются в записи решетки с постоянным периодом и высокоточном изменении толщины ОВ. Формирование ЧВБР данным методом обеспечивает высокую точность длины волны отражения и относительно небольшую величину чирпинга.

ВБР изготавливались интерферометрическим методом двулучевой интерференции [9]. Была записана ВБР длиной порядка 10 мм, ширина спектра отражения на полувысоте составила около 0,25 нм (рисунок 1.17).

'ООО ■

1

500 ■

01____»-1-1-—«-Г -----■---■-1-1

1 1-53Л 1 гзЭ9

.мкм

Рисунок - 1.17 Спектр отражения ВБР

На рисунке 1.18 представлен спектр отражения полученной ЧВБР, записанной в ОВ переменной толщины. Коэффициент отражения составил порядка 20%.

Эффективность записи низкая по сравнению со стандартной решеткой, однако ее можно улучшить, увеличивая длину взаимодействия и/или уменьшая чирпинг.

Рисунок - 1.18 Спектр отражения ЧВБР с переменной толщиной ОВ

График на рисунке 1.19 представляет зависимость изменения эффективного ПП от диаметра ОВ конусовидного участка. Данная зависимость была получена из уравнения ступенчатой функции постоянной распространения основной моды вдоль конуса ОВ. Зависимость преимущественно является линейной, что приводит к линейному изменению периода в ВБР.

Рисунок - 1.19 Изменение эффективного ПП вдоль конусовидного участка

ОВ

Полученная в ходе эксперимента ЧВБР (рисунок 1.18), записанная в конусовидном ОВ, имеет ширину спектра отражения 2,7 нм, что на порядок больше ширины полосы отражения ВБР с постоянным периодом.

Далее авторами была опубликована статья [42], в которой описывается еще один метод формирования ЧВБР путем деформации ОВ постоянной толщины во время воздействия лазерного излучения. Принцип данного метода показан на рисунке 1.20.

Рисунок - 1.20 Схематическое изображение записи ЧВБР с применением

изгиба ОВ

Участок фоточувствительного ОВ изогнут приблизительно по дуге окружности и установлен в область ИК с постоянным периодом Л. В то же время период Л(х) результирующей решетки, записанной в ОВ, изменяется пропорционально Л/со5^(х), где ф(х) - угол между осью волокна и нормалью к сформированной ИК в точке х. Таким образом, записывается ЧВБР, период которой непрерывно изменяется от минимального значения Л, до максимального значения Л/со5ф^). Очевидно, что у штрихов записанной ЧВБР существует угол наклона от нормали к оси ОВ, увеличивающийся по длине решетки.

Запись ЧВБР осуществлялась в ОВ, легированном В203 и 0е02, с разницей ПП сердцевины и оболочки 13*10" и диаметром сердцевины 4,8 мкм. Для формирования ЧВБР использовалось то же ОВ, что и в предыдущей статье по записи в волокно конусовидной формы, таким образом, для этих двух методов возможно объективно сравнить результаты. На рисунке 1.21

представлены спектры отражения четырех решеток одинаковой длины Ь=5 мм с увеличивающимся изгибом.

Рисунок - 1.21 Спектры отражения четырех ЧВБР, одинаковой длины Ь=5

мм и с увеличивающимся изгибом

Рисунок 1.21(а) показывает результат без изгиба: ВБР с постоянным периодом имеет коэффициент отражения 88% с шириной спектра отражения 0,4 нм. Рисунок 1.21(б) представляет спектр ЧВБР, полученной при небольшом изгибе ОВ, у которого наблюдается заметное уширение в 2,9 нм и уменьшение коэффициента отражения до 40%. При этом исследователи отмечают, что полученные параметры превышают соответствующие характеристики, полученные для ЧВБР, записанной в конусовидный участок ОВ длиной 10 мм. С дальнейшим увеличением изгиба ширина спектра отражения увеличивается до 4,4 нм с соответствующим уменьшением коэффициента отражения Ятах до 13% (рисунок 1.21(в)), а ЧВБР на рисунке

1.21(г) обладает коэффициентом отражения >4% и шириной спектра более 17,3 нм.

Таким образом, описан достаточно простой в реализации метод формирования ЧВБР в фоточувствительных ОВ.

В работе [41] предложен и исследован интерферометрический метод записи с использованием чирпированной ФМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Грибаев Алексей Иванович, 2018 год

- -

1.....« 1 Ж..Л1 ы) Ъ к., л и 1, 1„ 4 [

1535 1540 1545 1550 1555 1560 1565 Л, нм Рисунок - 5.3 Спектр отражения массива ВБР

Таблица 5.1 Спектральных характеристик массива ВБР типа I

№ ВБР X, нм Хехр, нм 5Х, нм Я, %

1 1535 1534,95 0,05 99,4

2 1537 1537,01 0,01 99,5

3 1539 1537,99 0,01 99,0

4 1541 1540,97 0,03 99,9

5 1543 1543,00 0 99,7

6 1545 1545,00 0 99,9

7 1547 1546,97 0,03 97,4

8 1549 1548,98 0,02 97,5

9 1551 1551,02 0,02 98,5

10 1553 1553,00 0 99,3

11 1555 1555,04 0,04 99,1

12 1557 1556,99 0,01 98,7

13 1559 1559,00 0 96,7

14 1561 1561,02 0,02 97,2

15 1563 1563,00 0 97,1

16 1565 1565,01 0,01 98,0

Также в работе была осуществлена запись массива из 8 высокоэффективных ЧВБР в одномодовом ОВ производства компании НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» с концентрацией 0е02 в сердцевине ОВ 12 мол.% подвергнутое водородной обработке. Плотность энергии воздействующих пучков составляла около 350 мДж/см , время экспозиции составляло около 240 секунд. Спектр отражения массива чирпированных ВБР представлен на рисунке 5.4. Спектральный интервал между центрами спектров отражения ЧВБР составил 10 нм. Пиковые значения коэффициентов отражения всех ЧВБР массива близки к 100 %.

Рисунок - 5.4 Спектр отражения массива ЧВБР

В работе продемонстрирована запись массива чирпированных ВБР с коэффициентами отражения близкими к 100% для фильтрации спектра волоконного лазера (рисунок 5.5).

Рисунок - 5.5 Исходный спектр эрбиевого суперлюминесцентного источника излучения (синяя кривая) и прошедший через волоконный фильтр (красная

кривая)

Запись производилась в одномодовом ОВ производства компании НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» с концентрацией GeO2 в сердцевине ОВ 12 мол.% подвергнутом водородной обработке. На рисунке 5.5 представлен исходный спектр эрбиевого суперлюминисцентного источника излучения с волоконным выходом и спектр с фильтром в виде массива чирпированных ВБР. Созданный оптический комплекс позволяет гибко настраивать спектральные характеристики массива ВБР тем самым создавать спектральные фильтры для множества прикладных задач.

Таким образом, предложенная и реализованная методика обеспечивает возможность записи массива ВБР на едином отрезке ОВ со стандартной концентрацией GeO2 со следующими преимуществами: контроль процесса записи ВБР в реальном времени, точная настройка спектральных параметров каждой решетки Брэгга в широком диапазоне, возможность получения требуемой дифракционной эффективности каждой решетки и, следовательно, достижение высокой точности параметров массива ВБР в целом.

5.2 Запись решёток Брэгга через УФ прозрачное фторполимерное покрытие оптического волокна

На основе ОВ с сохранением поляризации и ВБР в настоящее время активно создаются волоконные фазовые интерферометрические датчики физических величин [71]. В современных работах представлены результаты записи ВБР в ОВ с сохранением поляризации различных типов: с эллиптичной сердцевиной [72], bow-tie [73] и PANDA [74]. К созданию протяженных распределенных волокононно-оптических сенсорных систем на основе массивов ВБР проявляется большой интерес, так как они обладают электромагнитной невосприимчивостью, малыми массогабаритными параметрами, удобством мультиплексирования и высокой чувствительностью. Так, системы акустического мониторинга,

использующие волоконно-оптические гидрофоны на основе волоконных решеток, могут полностью заменить традиционные пьезокерамические сенсоры [75]. Известно, что ВБР с постоянным периодом и шириной спектра отражения (0,1-0,2 нм) сложно использовать в интерферометрических системах, т.к. спектр отражения смещается при небольших изменениях температуры.

Запись ЧВБР может расширить спектр отражения до нескольких нанометров, что позволяет успешно использовать такие решетки в интерферометрических схемах в достаточно широких диапазонах температур (рисунок 5.6).

1547 1549 1551 1553 * 1555

А, нм

Рисунок - 5.6 Спектр отражения ЧВБР при 20 °С (непрерывная линия) и 90 °С (штрихпунктирная линия); длина волны излучения узкополосного лазерного источника излучения (штриховая линия)

В настоящее время активно применяются технологии записи массивов ВБР в процессе вытяжки ОВ до стадии нанесения защитного покрытия [13, 76], однако данный метод основан на одноимпульсном режиме записи, что существенно ограничивает формирование массивов широкополосных решеток (> 1 нм) по отражательной способности.

Была поставлена задача записать массив ЧВБР без снятия защитного покрытия для создания фазового интерферометрического датчика. Один из известных методов решения данной прикладной задачи является созданием УФ прозрачной полимерной защитной оболочки ОВ.

Представлены методы записи ВБР в волокне через углеродные покрытия толщиной в десятки нанометров [77, 78]. Такие защитные оболочки отличаются достаточной герметичностью к влаге и стойкостью к воздействию лазерного излучения, но, относительно сложная технология химического осаждение из паровой фазы тонких углеродных слоев ограничивает возможности данного метода и применение таких покрытий.

Запись чирпированных массивов ВБР через УФ прозрачные покрытия, может решить актуальные задачи при создании оптической схемы гидроакустических антенн. Такие покрытия, по сравнению со стандартными акрилатными, исключая процедуру удаления оболочки, упрощают процесс формирования ВБР и увеличивают механическую прочность кварцевой части ОВ, а также не требуют нанесения дополнительной защиты и дают возможность проводить запись в многоимпульсном режиме.

Известно, что покрытия, содержащие двойные связи в молекулярной структуре, поглощающие оптическое излучение, или полимеры с высокой долей распределенных кристаллических образований имеют низкий коэффициент пропускания в области спектра 244 - 248 нм. Воздействие на такие полимерные покрытия ОВ приводит к их разрушению и к снижению плотности энергии, необходимой для записи ЧВБР.

К наиболее известным типам УФ прозрачных покрытий с высоким коэффициентом пропускания следует отнести: кремнийорганические, полимеры на основе винилового эфира, фторполимеры, и их алифатические или циклоалифатические производные.

Кремнийорганические полимеры являются наиболее изученным классом материалов, применяемым в качестве прозрачных покрытий ОВ.

Такие полисилоксановые вещества могут отверждаться через УФ инициируемый и/или температурный механизм отверждения. Так УФ инициируемый механизм может включать каталитическое добавление связей Si-H по ненасыщенным связям, для которой платиновый катализатор активируется УФ излучением [79]. Также предлагалось использовать покрытия ОВ на основе термоотверждаемого силоксанового эластомера RTV-615 [80]. При толщине покрытия около 60 мкм пропускание на длине волны 244 и 248 нм составляло более 90 %. Запись ВБР через представленные покрытия осуществлялась при частоте следования импульсов 20 Гц и плотностью энергии 64 мДж/см2 в течении 3 минут. Следует упомянуть, что силоксановые покрытия оптических волокон обладают повышенной термостойкостью по сравнению с традиционными акрилатными полимерами [81]. Кроме того, известны методы записи ВБР через термоотверждаемые кремнийорганические покрытия на основе поли(метил) - силсесквиоксана [82].

Создание УФ отверждаемых покрытий, подходящих для записи ВБР, может быть основано на функционализации силоксановых полимеров акрилатными группами и выборе низкопоглощающих фотоинициаторов радикальной полимеризации [83,84]. Однако при этом возрастает доля поглощения воздействующей энергии.

Преимущества УФ прозрачных покрытий на основе винилового эфира заключается в возможности подбора физико-механических свойств без существенного поглощения излучения [85]. Кроме-того, УФ инициируемый радикальный или катионный механизм полимеризации таких покрытий может быть реализован на типовых установках вытяжки, использующих акриловые смолы. Однако предварительный синтез таких олигомерных составов вызывает определенные трудности.

Применение фторсодержащих полимеров в качестве УФ прозрачных покрытий впервые продемонстрировали в работе [86]. Были рассмотрены два

разных покрытия из Teflon AF 1600 (сополимера тетрафторэтилена и бис-2,2-трифторметил-4,5-дифтор-1,3-диоксола) и Kynar 7201 (80/20 сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена), которые были изготовлены в качестве лака и наносились на ОВ окунанием. Пленка Teflon AF 1600 при толщине равной 100 мкм обеспечивает пропускание излучения с длиной волны 240 нм более 95 %. Однако высокая стоимость этого материала не позволяет его применять в виде защитного покрытия волокон. Kynar 7201 при толщине пленки 50 мкм имеет пропускание порядка 70 % на 242 нм, также в работе отмечается деструкция материала при воздействии оптического излучения.

Так как среди используемых УФ прозрачных покрытий ОВ фторполимеры наименее изучены, в настоящем разделе исследуется формирование массивов чирпированных ВБР через рассматриваемые материалы. Применяется способ нанесения таких покрытий как лака в процессе вытяжки ОВ, а также находились оптимальные режимы индуцирования чирпированных ВБР с использованием эксимерной лазерной системы.

Запись чирпированных ВБР осуществлялась в двулучепреломляющем ОВ с эллиптичной напрягающей оболочкой, выполненном по технологии [63, 64]. Для увеличения фоточувствительности ОВ было легировано 18 мол.% GeO2, при этом на длине волны излучения 1550 нм оптические потери составляют ~4,5 дБ/км.

В качестве фтор полимерного покрытия ОВ использовали сополимер хлортрифторэтилена (CTFE) и винилиденфторида (VDF), где молярный процент последних составляет 25-30%. Для изготовления лака порошок полимера CTFE / VDF растворяют в смеси растворителей с получением бесцветного гомогенного раствора.

Капли раствора CTFE / VDF полимера осаждали на кварцевые пластины для образования пленок. Пленки выдерживали при комнатной

температуре в течение 12 часов и затем сушили при более высоких температурах. Толщины пленки определялись профилометрией с использованием профилировщика KLA Tencor P-17 Stylus Profiler. Спектры пропускания пленок фторполимера регистрировали с использованием спектрофотометра Varian Cary 500 Scan UV-Vis-NIR, где спектр кварцевой пластины вычитали в виде фона из спектров образцов. Повреждение поверхности ОВ под воздействием лазера было исследовано с помощью сканирующего электронного микроскопа Mira 3 Tescan (SEM) и стереомикроскопа Zeiss Stemi 2000-C, оснащенного камерой ToupTek U3CMOS. Микрофотографии СЭМ были получены с использованием вторичных электронов 2 кэВ.

Предварительно изготовленный лак, включающий растворенный CTFE/VDF полимер, наносился на ОВ при вытяжке. Диаметр световедущей части ОВ с эллиптичной напрягающей оболочкой соответствовал 125 ± 0,7 мкм. Лак содержал 35 вес. % полимера, что позволило наносить покрытия с толщиной 5-7 мкм. Покрытие формировалось в два этапа, что обеспечило необходимое качество и толщину. Для испарения растворителей располагалась вертикальная печь термического отверждения. Температура печей достигала 350 °С, а скорость вытяжки ОВ составляла 10 м/мин. Для исключения остатков растворителя ОВ подвергалось температурному воздействию при 90 оС в течение 5 часов. Для увеличения фоторефрактивности ОВ подвергалось низкотемпературной водородной обработке.

При записи массива ЧВБР через УФ прозрачное покрытие ОВ использовался KrF эксимерный лазер Coherent COMPexPro 150T, и интерферометр Тальбота [87]. Также применялась чирпированная ФМ с центральным периодом ЛФМ = 706,5 нм и линейным изменением периода по длине 2,3 нм/см. Функциональная схема записи решеток представлена на рисунке 5.7.

Рисунок - 5.7 Схема записи ВБР

Среди преимуществ фторполимеров над другими органическими полимерами следует включать высокую химическую стойкость и низкую влагопроницаемость [88, 89], что существенно влияет на механическую прочность ОВ. Однако наряду с высокой прочностью против концентрированных кислот и щелочей данный термопластичный фторэластомер может быть растворен в кетонах и в алкилацетатах. Растворение таких полимеров в этих растворителях является преимущественным свойством против механической десорбции перед сваркой. Для полного удаления УФ прозрачного покрытия толщиной 12 мкм достаточно просто окунуть ОВ в жидкость с этилацетатом. Указанный термопластичный фторэластомер имеет аморфную структуру [90, 91], что объясняет ее высокую пропускную способность. Спектры пропускания пленок, фторсодержащего сополимера CTFE / VDF при различной толщины, показаны на фиг.2. На рисунке 5.8 показано, что при толщине фторполимера, составляющей 12 мкм, коэффициент пропускания покрытия составляет около 95 %. Увеличение толщины пленки приводит к значительному уменьшению оптического пропускания в результате приводит к разрушению полимерного материала и искажению ИК.

200 220 24 0 260 280 ' 300 320 340 360 380 ' 400 420 440

Длина волны, нм

Рисунок - 5.8 Спектр пропускания СТЕЕ/УБЕ полимерных пленок с толщиной равной 12, 30, 55, 135 и 250 мкм

Выбор условий записи ВБР через УФ прозрачное покрытие должен обеспечить его минимальный ущерб. Для определения лучевой прочности покрытий СТЕЕ/УБЕ были облучены пленки толщиной 20-30 мкм, нанесенные на кварцевую пластину. Выбор пленок в качестве объекта исследования объяснялся легкостью поиска следов разрушения. Для этой цели облучение пленок проводилось с использованием пучка 3х2 мм, средняя плотность энергии лазера составляла 50, 60, 80, 90 и 100 мДж/см , а частота повторения импульсов 10 Гц и время экспозиции от 1 до 3 минут. Анализ пленок проводился с использованием оптической микроскопии.

Рисунок - 5.9 Изображения пленок СТБЕ / УББ толщиной 20-30 мкм после

воздействия различной плотностью энергии и экспозицией. Слева направо:

2 2 2 2 70 мДж/см (2 мин), 70 мДж/см (3 мин), 80 мДж/см (3 мин), 90 мДж/см (1

2 2 мин), 90 мДж/см ( 3 мин), 100 мДж/см (3 мин)

Как видно из рисунка 5.9, пороговая плотность энергии, выше которой

наблюдается четкое затемнение образца и частичное отслаивание пленки из

2 _

кварцевой подложки, составляет 70 мДж/см . При такой плотности энергии наблюдалось небольшое затемнение пленки, когда время экспозиции достигало 3 минут.

Анализ разрушения фторполимерных покрытий также проводился на отрезках оптических волокон с помощью SEM. Полученные результаты также отчетливо показали разрушение полимерной оболочки при плотности энергии выше

80 мДж/см2. На рисунке 5.10 показаны микрофотографии разрушенной полимерной оболочки при средней плотности энергии в 100 мДж/см2 и экспозиции 2 мин.

Рисунок - 5.10 Микрофотографии оптических волокон с полимерным покрытием СТБЕ / УББ толщиной 12 мкм, после облучения с плотностью

энергии равной 100 мДж/см

Кроме того, на структурные изменения полимерного покрытия при плотности энергии более 100 мДж/см указывает нестабильность роста коэффициента отражения в процессе формирования решеток ПП.

Таким образом, для записи массивов ЧВБР была выбрана плотность энергии 70 мДж/см2 многоимпульсная экспозиция с частотой следования импульсов 10 Гц, что является оптимальным условием для требуемой модуляции ПП и сохранения защитных свойств ОВ.

Требовалось записать массив из 10-ти решеток на две длины волны = 1551 нм и Х2 = 1565 нм. Схема массива из 10-ти ЧВБР представлена на рисунке 5.11.

ВБР1, Л1 ВБР2, Л1 ВБР3, Л1 ВБР4, Л1 ВБР5, Л1 т Р2 Р3 Р4 Р5

~10 м

5 м

5 м

5 м

5 м

ВБР10, Л2

т0

ВБР9, Л2 Р9

ВБР8, Л2 Р8

ВБР7, Л2 Р7

ВБР6, Л2 Р6

~40 м

~10 м

5 м

5 м

5 м

5 м

Рисунок - 5.11 Схема массива из 10-ти ЧВБР

При записи чирпированных ВБР длиной равной 5 мм ширина спектра отражения на полувысоте составляла 3,5 нм. Такая ширина спектра отражения позволяет пренебречь рассогласованием длин волн отражения ЧВБР при изменении температуры в широком диапазоне. Время воздействия зависело от требуемого коэффициента отражения ЧВБР в массиве и составляло от 5 до 200 секунд.

Рисунок - 5.12 Спектр отражения массива из 10-ти ЧВБР

Спектр отражения массива из 10-ти ВБР (по пять ВБР на каждую из двух длин волн), записанных через фторполимерное покрытие ОВ, представлен на рисунке 5.12, где - отношение (выраженное в

децибелах) коэффициента отражения ВБР к френелевскому отражению в 3,5% от торца ОВ, взятому за опорный уровень.

В таблице 5.2 приведены измеренные значения коэффициентов отражения каждой ЧВБР в массиве. Соотношение коэффициентов отражения отдельных решеток в составе массива подобрано таким образом, чтобы обеспечить на приемном модуле близкие значения амплитуд оптических импульсов, отраженных от каждой решетки.

Таблица 5.2 Измеренные коэффициенты отражения ЧВБР в составе массива

ВБР № X, нм ^ %

1 10

2 12

3 1551 16

4 22

5 38

6 10

7 12

8 1565 16

9 22

10 38

Прочностные свойства ОВ с эллиптичной напрягающей оболочкой, покрытого CTFE/VDF полимерным покрытием, определялись согласно стандарту 1ЕС 60793-1-33. Среднее значение прочности при растяжении для ОВ с 10 мкм фторполимерным покрытием составляло 1,45 ± 0,44 ГПа, однако при перепокрытии вторичным акрилатом до толщины 250 мкм значение прочности составило 3,06 ± 0,17 ГПа.

Создание массивов ВБР через предложенное фторполимерное покрытие ОВ позволяет исключить процедуру снятия УФ прозрачного покрытия волоконного ОВ.

Выводы по главе 5

Предложенная методика массива записи ВБР позволила повысить точность длин волн отражения каждой ВБР за счёт предварительной записи слабо-отражающей решетки Брэгга, а также исключить использование ОВ с повышенной концентрацией 0е02 и обеспечить коэффициент отражения до 100%. Кроме того, методика позволяет контролировать дифракционную эффективность каждой решетки за счёт многоимпульсного режима записи и применения систем оперативной диагностики параметров лазерного излучения. В свою очередь, использование интерферометра Тальбота позволяет формировать массивы ВБР в широком спектральном диапазоне.

Также, представлен метод записи массивов ЧВБР, состоящих из 10-ти решеток на две длины волны 1551 нм и 1565 нм через 10 мкм ОТБЕ/УБЕ полимерные покрытия двулучепреломляющего ОВ с эллиптичной напрягающей оболочкой, подвергнутого водородной обработке. Ширина спектра отражения чирпированных волоконных дифракционных структур, индуцированных через защитное покрытие ОВ, позволяет снизить негативное воздействие температурного дрейфа центральной длины волны отражения решетки, тем самым повысить стабильность работы фазовых интерферометрических датчиков на основе ВБР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе приведен обзор современных достижений в области построения оптических интерферометрических систем, использующих в качестве источников излучения лазеры с повышенной когерентностью. Проведенный анализ литературы показал, что данные оптические системы имеют широкие возможности для записи волоконных решёток Брэгга. Приведен обзор и сравнительный анализ лазерных источников излучения применяемых в интерферометрических схемах записи решеток Брэгга. В результате проведенного литературного обзора был сделан выбор источника оптического излучения и интерферометра. Рассмотрены и проанализированы методы записи решеток показателя преломления с изменяющимся периодом по длине дифракционной структуры и методы формирования массивов решеток Брэгга.

Рассчитывалась геометрия интерферометра Тальбота для выбора оптических и подвижных элементов. Также была построена модель интерферометра Тальбота в программной среде Zemax. Недостатком интерферометра Тальбота является то, что диаметр зеркал интерферометра должен значительно превышать длину записываемых решеток Брэгга, ввиду большого угла падения пучков на зеркала, порядка 75°.

На основе расчётов были выбраны параметры элементов, входящих в состав интерферометра Тальбота таких как: диэлектрические зеркала диаметром 76,2 мм, оптимизированные под угол падения 75 градусов, ФМ с постоянным периодом равным 1 мкм и поворотные платформы с минимальным углом поворота 2 угловые секунды.

В качестве источника оптического излучения для записи массивов ВБР была выбрана эксимерная лазерная система отечественного

производства Optosystems ОЬ-7550 типа задающий генератор - усилитель

мощности (Master Oscillator - Power Amplifier). Получены результаты экспериментальных исследований параметров лазерного излучения таких как: длина пространственной и временной когерентности, форма импульса во времени, распределение энергии в пучке и степень поляризации.

Для калибровки интерферометра Тальбота была предложена методика юстировки зеркал, за счёт точного определения периода ИК, с помощью записываемых волоконных решеток Брэгга. А также осуществлена оптимизация оптического комплекса за счёт создания и исследования систем оперативного контроля параметров лазерного излучения.

Предложена и реализована методика по записи массивов спектрально мультиплексированных высокоэффективных ВБР в ОВ со стандартной концентрацией GeO2, а также продемонстрирована запись массивов чирпированных ВБР через фторполимерное УФ прозрачное покрытие, состав которого предложен для исключения процесса удаления защитной оболочки и обеспечения прочности ОВ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе настоящего исследования получены следующие основные результаты:

• Предложена методика записи массивов высокоэффективных волоконных брэгговских решеток типа I на едином отрезке оптического волокна с точностью центральной длины волны отражения каждой отдельной решетки не менее 50 пм.

• Предложен состав фторполимерного УФ прозрачного покрытия, позволяющего записывать волоконные решетки Брэгга без снятия защитного покрытия и, таким образом сохранять прочностные свойства световода.

• Предложена методика юстировки интерферометра Тальбота, заключающаяся в сравнении записываемых в нём волоконных решеток Брэгга с решётками, записанными методом фазовой маски с фиксированным периодом, которая позволяет настраивать плоскопараллельное положение зеркал интерферометра с точностью до 10 угловых секунд.

• Получены экспериментальные результаты влияния водородной обработки двулучепреломляющих оптических волокон с эллиптичной напрягающей оболочкой на параметры записываемых волоконных решеток Брэгга.

• Предложен оптимальный режим записи волоконных решёток Брэгга через разработанное фторполимерное УФ прозрачное защитное покрытие, который позволяет достигать дифракционной эффективности решеток до 100% в многоимпульсном режиме и сохраняет целостность защитной оболочки и механическую прочность световода.

• Создан оптический комплекс на основе интерферометра Тальбота с использованием КБ эксимерной лазерной системы для записи волоконных решёток Брэгга интерферометрическим методом и оптимизирован для стабильной работы в течение длительных интервалов времени.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВБР волоконная брэгговская решетка

ОВ оптическое волокно

ИК интерференционная картина

УФ ультрафиолетовый

ЗГ задающий генератор

УМ усилитель мощности

СД светоделитель

М зеркало

ЦЛ цилиндрическая линза

ПП показатель преломления

ЧВБР чирпированная волоконная брэгговская решетка

ФМ фазовая маска

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hill K. O. et al. Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 32. № 10. P. 647-649.

2. Kawasaki, B. S. et al. Narrow-band Bragg reflectors in optical fibers // Opt. Lett. 1978. V.3. № 2. P. 66-68.

3. Варжель С.В. Волоконные брэгговские решетки. // СПб: Университет ИТМО. 2015. 65 с.

4. Yuen, M. J. Ultraviolet absorption studies of germanium silicate glasses // Appl. Opt. 1982. V. 21. № 1. P. 136-140.

5. Грибаев А.И., Варжель С.В., Куликов А.В. Интерферометрические методы записи волоконных решеток Брэгга. // СПб: Университет ИТМО. 2018. 43 с.

6. Morey W. W., Glenn W. H. Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method // Optics Letters. 1989. V. 14. № 15. P. 823825.

7. Othonos A. Fiber Bragg gratings // Rev. Sci. Instrum. 1997. V. 68. № 12. P. 4309-4341.

8. Kashyap R. Fiber Bragg Gratings //San Diego, CA: Academic Press. 1999. 478 p.

9. Hill, K. O. et al. Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 62. № 10. P. 1035-1037.

10. Dong, L. et al. Single pulse Bragg gratings written during fibre drawing // Electronics Letters. 1993. V. 29. № 17 P. 1577-1578.

11. A. Martinez, et al. Direct writing of fibre Bragg gratings by femtosecond laser // Electronics Letters. 2004. V. 40. № 19. P. 1170-1172.

12. Lai, Y. et al. Point-by-point inscription of sub-micrometer period fiber Bragg gratings // OSA/CLEO/QELS. 2008. CTuU2.

13. Askins C. G. et al. Fibre Bragg reflectors prepared by a single excimer pulse // Optics Letters. 1992. V. 17. № 11. P. 833-835.

14. Archambault J.-L., Reekie L., Russell P. St. J. High reflectivity and narrow bandwidth fibre gratings written by single excimer laser pulses // Electronics Letters. 1993. V. 29. P. 453-455.

15. Askins C. G. et al. Stepped-wavelength optical-fiber Bragg grating arrays fabricated in line on a draw tower // Optics Letters. 1994. V. 19. №. 2. P.147-149.

16. Kashyap R. et al. All-fibre narrowband reflection gratings at 1500 nm // Electronics Letters. 1990. V.26. № 11. P. 730-732.

17. Fertein E. et al. Shifts in the resonance wavelengths of Bragg gratings in the course of writing or bleaching experiments by UV illumination within a germanosilicate optical fibre // Electronics Letters. 1991. V. 27. № 20. P. 1838-1839.

18. Legoubin S. et al. Formation of moire grating in core of germanosilicate fibre by transverse holographic double exposure method // Electronics Letters. -1991. V. 27. № 21. P. 1945-1947.

19. Chandra S., Takeuchi N., Hartmann S. R. Prism-dye laser // Appl. Phys. Lett. 1972. V. 21. № 4. P. 144-146.

20. Li C. et al. Changing photo-written Bragg wavelengths of fiber grating via one phase mask and four mirrors // Optics & Technology. 2004. V. 36 P. 459461.

21. Bartelt H. et al. Single-pulse fiber Bragg gratings and specific coatings for use at elevated temperatures // Applied Optics. 2007. V. 46. № 17. P. 3417-3424.

22. Becker M et al. Fiber Bragg grating inscription combining DUV sub-picosecond laser pulses and two-beam interferometry // Optics Express 2008. V. 16. № 23. P. 19169-19178.

23. Pissadakis S., Reekie L. An elliptical Talbot interferometer for fiber Bragg grating fabrication // Rev. Sci. Instrum. 2005. V. 76. № 066101. P. 1-3.

24. Gribaev A. I. et al. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Opt Quant Electron. 2016. V. 48. № 540. P. 1-7.

25. Goldhar J., Papoport W. R., Murray J.R. An injection-locked unstable resonator rare-gas halide discharge laser of narrow linewidth and high spatial quality // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1980. V. 16. № 2. P. 235241.

26. Pacala T. J., MeDermid I. S., Laudenslager J. B. Ultranarrow linewidth, magnetically switched, long pulse, xenon chloride laser // Appl. Phys. Lett. 1984. V. 44. № 7. P. 658-660.

27. Bigio I. J., Slatkine M. Injection-Locking Unstable Resonator Excimer Lasers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1983. V. 19. № 9. P. 1426-1436.

28. Джиджоев М. С. и др. Регенеративное усиление узкополосного излучения в эксимерном лазере на XeCl // Квантовая электроника. 1990. Т. 17. № 6. С. 697-703.

29. Алимпиев С. С. и др. Сужение спектра и ОВФ излучения эксимерного KrF-лазера // Квантовая электроника. 1991. Т. 18. № 1. С. 89-90.

30. Бычков Ю. И. и др. Режим инжекционной синхронизации в мощном Xe-Cl-лазаре // Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 2. С. 133-135.

31. Атежев В. В. и др. Эксимерный лазер с высокой когерентностью // Квантовая электроника. 2003. Т. 33. № 8. С. 689-694.

32. Dyer P.E., Farley R.J., Giedl R. Analysis and application of a 0/1 order Talbot interferometer for 193 nm laser grating formation // Opt. Commun. 1996. V. 129. P. 98-108.

33. Васильев С.А. и др. Волоконные решетки показателя преломления и их применение // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. № 12. С. 1085-1103.

34. Chang H.-Y. et al. An Ultra-Sensitive Liquid-Level Indicator Based on an Etched Chirped-Fiber Bragg Grating // IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS. 2016. V. 28. № 3. P. 268-271.

35. Konrad T.O. et al. Coupling independent fiber optic tilt and temperature sensor based on chirped tapered fiber Bragg grating in double-pass configuration Sensors and Actuators // A: Physical. 2016. V 252. P. 76-81.

36. Junhee Kim et al. Effectively Tunable Dispersion Compensation Based on Chirped Fiber Bragg Gratings Without Central Wavelength Shift // IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS 2004 V. 16. № 3. P. 849-851.

37. Eggleton B.J. Experimental demonstration of compression of dispersed optical pulses by reflection from self-chirped optical fiber Bragg gratings // Opt. Lett. 1994. V. 19. № 12. P. 877-879.

38. WANG M. Fabrication of chirped and tilted fiber Bragg gratings and suppression of stimulated Raman scattering in fiber amplifiers // OPTICS EXPRESS 2017 V. 25. № 2. P. 1529-1534.

39. Trepanier F. et al. High-end FBG design and manufacturing for industrial lasers, sensing and telecommunications // Advanced Photonics. OSA. 2014. BM4D.1.

40. Anderson D. Z. Production of in-fibre gratings using a diffractive optical element // Electronics Letters. 1993. V. 29. №. 6. P. 566-568.

41. Becker M. et al. Chirped phase mask interferometer for fiber Bragg grating array inscription // J. Lightwave Technol. 2015. V. 33. № 10. P. 2093-2098.

42. Sugden, K. et al. Chirped gratings produced in photosensitive optical fibres by fibre deformation during exposure // Electron. Lett. 1994. V. 30. № 5. P. 440-442.

43. Byron K. C. et al. Fabrication of chirped Bragg gratings in photosensitive fibre // Electron. Lett. 1993. V. 29. № 18. P. 1659.

44. Hill K. O. et al. Chirped in-fiber Bragg gratings for compensation of optical-fiber dispersion // Opt. Lett. 1994. V. 19. № 17. P. 1314-1316.

45. Bai W. et al. All Fiber Grating (AFG): a new platform for fiber optic sensing technologies // Proc. of SPIE. 2015. V. 9634. 96342A-1

46. Chamorovskiy Yu.K. et al. Metal-coated Bragg grating reflecting fibre // Optical Fiber Technology. 2017. V. 34. P. 30-35.

47. Jiang P. et al. Low-Crosstalk and Polarization Independent Inline Interferometric Fiber Sensor Array Based on Fiber Bragg Gratings // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. 2016. V. 34. №. 18. P. 4232-4239.

48. Lacraz A., Theodosiou A., Kalli K. Femtosecond laser inscribed Bragg grating arrays in long lengths of polymer optical fibres; a route to practical sensing with POF // ELECTRONICS LETTERS. 2016. V. 52. № 19. P. 1626-1627.

49. Tan L., et al. Comparison of fringe imaging techniques using Mach-Zehnder and Fabry-Perot interferometer for molecular Doppler wind lidar // Proc. SPIE. 8759, 2013. 87593V.

50. Chen D.-Ch., Lee Sh.-W., Yang Z.-H. Two beams Interference Simulation by ZEMAX Optical Software // Journal of China University of Science and Technology. 2011. V.4601. P. 43-53.

51. Cai Q., Xiangli B., Fang Y. Optical simulation of large aperture spatial heterodyne imaging spectrometer // Optics Communications. 2016. V. 366. P. 136-141.

52. Hou Y., et al. The optimal design method for the extended source of interferometer // SPIE Proceedings. 2013. V. 9042. 90421A. P. 1-7.

53. Zemax 13. Optical Design Program. User's Manual. San Diego, CA. 2014.

54. Chojetzki C., et al. High-reflectivity draw-tower fiber Bragg gratings - arrays and single gratings of type II // Optical Engineering. 2005. V. 44. № 6 (060503). P. 1-2.

55. Вартапетов С.К., и др. Исследование формирования микрорельефа на поверхностях кристаллов ZNSe и CdSe при абляции излучением эксимерного KrF-лазера // Квантовая электроника. 2016. T. 46. № 10. C. 903-910.

56. Анохов С.П., Марусий Т.Я., Соскин М.С. Перестраиваемые лазер // Радио и связь. 1972. 360 с.

57. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография // М.: Мир. 1973. 686 с.

58. Демтрёдер В. Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента // М.: Наука. 1985. 304 с.

59. Матвеев А.Н. Оптика // М.: Высшая школа. 1985. 351 с.

60. Стам А.М., и др. Запись волоконных решеток Брэгга с использованием интерферометра Тальбота и эксимерной KrF-лазерной системы // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 5. С. 466-473.

61. Д.Б. Шумкова, А.Е. Левченко Специальные волоконные световоды : учебное пособие // П.: Изд-во ПНИПУ. 2011. 86 с.

62. Bilodeau F., et al. Photosensitization of optical fiber and silica-on-silicon/silica waveguides // Opt. Lett. 1993. V. 18. №. 12. P. 953-955.

63. Ероньян М.А. Способ изготовления волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения // Патент Российской Федерации № 2 155 359. 2000.

64. Буреев С.В., и др. Технология крупногабаритных заготовок анизотропных одномодовых световодов с эллиптической оболочкой // Оптический журнал. 2007. Т. 74. № 4. С. 85-87.

65. Bureev S.V., et al. Minimizing the optical losses in anisotropic single-mode lightguides with elliptical boron germanosilicate cladding // J. Opt. Technol. 2012. V. 79. № 7. P. 433-436.

66. Варжель С.В., и др. Запись решёток Брэгга в двулучепреломляющем ОВ с

эллиптической напрягающей оболочкой, подвергнутом водородной обработке // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 10. C. 74-78.

67. Malo B., et al. Single-excimer-pulse writing of fiber gratings by use of a zero-order nulled phase mask: grating spectral response and visualization of index perturbations // Opt. Lett. 1993. V. 18. № 15. P. 1277-1279.

68. Варжель С.В., и др. Запись брэгговских решеток в двулучепреломляющем ОВ одиночным 20-нс импульсом эксимерного лазера // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 4. С. 85-88.

69. Варжель С.В., и др. Запись узкополосных волоконных брэгговских отражателей одиночным импульсом эксимерного лазера методом фазовой маски // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. Т. 75. № 5. С. 27-30.

70. Liu H.Y., et al. Observation of type I and type II gratings behavior in polymer optical fiber // Optics Communications. 2003. V. 220. P. 337-343.

71. Meshkovskiy I. K., et al. Fiber Bragg gratings thermal annealing in the process of the fiber optic phase interferometric sensors fabrication // Izvestiya vuzov - Priborostroenie. 2013. V. 56. № 5. P. 91-93.

72. Meltz G., Morey W. W. Bragg grating formation and germanosilicate fiber photosensitivity // Proc.of SPIE. 1991. V. 1516. P. 185-199.

73. Hill P. C., et al. Writing and visualization of low-threshold type II Bragg gratings in stressed optical fibers // Appl. Opt. 1995. V. 34. № 33. P. 76897694.

74. Abe I., et al. Production and characterization of refractive index gratings in high-birefringence fibre optics // Optics and Lasers in Engineering. 2003. V. 39. P. 537-548.

75. Cusano A, et al. Optical Fiber Hydrophone using Polymer-Coated Fiber Bragg Grating // OSA/OFS. 2006. ThE85.

76. Lindner E., et al. Draw Tower Fiber Bragg Gratings and their use in sensing technology // Proc. of SPIE. 2011. V. 8028. № 80280C. P. 1-7.

77. Li Y., et al. Bragg gratings in carbon coated optical fibers and their potential sensor applications in harsh environment // Proc. SPIE. 2014. V. 9157. № 91573X.

78. Hokansson A., et al. Fiber Bragg Gratings In Carbon-Coated Optical Fibers And Techniques For Making Same // Patent: US 2015/0285993 A1. 2015.

79. Walker C., Paolucci D. Cured compositions transparent to ultraviolet radiation // Patent: US 2003/0199603 A1. 2003.

80. Chao L., Reekie L., Ibsen M. Grating writing through fibre coating at 244 and 248 nm // Electronics Letters. 1991. V. 35. № 11. P. 924-926.

81. Andre S., Merlet S. Optical fiber having at least one Bragg grating obtained by writing directly through the coating covering the cladding // Patent: US 7,003,197 B2. 2006.

82. Simoff D. A., et al. Coatings having enhanced UV transparency for the fabrication of optical fiber gratings // International Wire & Cable Symposium. Proceedings. 1997. P. 86-93.

83. Masson F., et al. UV-curable formulations for UV-transparent optical fiber coatings I. Acrylic resins // Progress in Organic Coatings. 2004. V. 49. P. 112.

84. Colomines G., et al. Synthesis and Characterization of Ultraviolet-Curable Fluorinated Polydimethylsiloxanes as Ultraviolet-Transparent Coatings for Optical Fiber Gratings // Journal of Applied Polymer Science. 2003. V. 90. P. 2021-2026.

85. Espindola R. P., et al. Highly Reflective Fiber Bragg Gratings Written Through a Vinyl Ether Fiber Coating // IEEE Photonics Technology Letters. 1999. V. 11. № 7. P. 833 - 835.

86. Claesson A., et al. UV-transparent coatings for optical fiber // International Wire Cable Symposium Proceedings. 1997. P 82-85.

87. Idrisov R. F., et al. Spectral characteristics of draw-tower step-chirped fiber Bragg gratings // Optics & Laser Technology. 2016. V. 80, P. 112-115.

88. Ameduri B., Boutevin B. Well-Architectured Fluoropolymers: Synthesis, Properties and Applications // 1st Edition. The Netherlands: Elsevier Science. 2004. 480 p.

89. Hougham G., et al. Fluoropolymers 2: Properties // Topics in Applied Chemistry. NY: Springer. 1999. 407 p.

90. Moggi G., Bonardelli P., Bart J.C.J. Copolymers of 1,1-Difluoroethene with Tetrafluoroethene, Chlorotrifluoroethene, and Bromotrifluoroethene // Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition. 1984. V. 22. P. 357- 365.

91. Ameduri B. From Vinylidene Fluoride (VDF) to the Applications of VDF-Containing Polymers and Copolymers: Recent Developments and Future Trends // Chem. Rev. 2009. V. 109. № 12.P. 6632-6686.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА

А1. Varzhel' S. V., Petrov A. A., Gribaev A. I., Palanjyan D. A., Konnov K. A. High-performance fiber Bragg gratings exposed by a single 17-ns excimer laser pulse in birefringent optical fiber with an elliptical stress cladding // Proc. of SPIE 9065, Fundamentals of Laser-Assisted Micro- and Nanotechnologies. 2013. 90650H.

А2. Munko A.S., Varzhel' S.V., Arkhipov S.V., Gribaev A.I., Konnov K.A., Belikin M.N. The study of the thermal annealing of the Bragg gratings induced in the hydrogenated birefringent optical fiber with an elliptical stress cladding // Journal of Physics: Conference Series. 2016. V. 735. № 012015. P. 1-6.

А3. Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., Idrisov R.F., Varzhel S.V., Konnov K.A. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Opt Quant Electron. 2016. V. 48. Article 540. P. 1-7.

А4. Tokarev A.V., Anchutkin G.G., Varzhel S.V., Gribaev A.I., Kulikov A.V., Meshkovskiy I.K., Rothhardt M., Elsmann T., Becker M., Bartelt H. UV-transparent fluoropolymer fiber coating for the inscription of chirped Bragg gratings arrays // Optics & Laser Technology. 2017. V. 89. P. 173-178.

А5. Петров А.А., Варжель С.В., Куликов А.В., Паланджян Д.А., Грибаев А.И., Коннов К. А. Запись решеток Брэгга ArF эксимерным лазером в анизотропном ОВ // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2014. Т. 57. № 6 C. 31-36.

А6. Варжель С.В., Мунько А.С., Коннов К.А., Грибаев А.И., Куликов А.В. Запись решёток Брэгга в двулучепреломляющем ОВ с эллиптической напрягающей оболочкой, подвергнутом водородной обработке // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 10 С. 74-78.

А7. Стам А.М., Идрисов Р.Ф., Грибаев А.И., Варжель С.В., Коннов К.А., Сложеникина Ю.И. Запись волоконных решеток Брэгга с

использованием интерферометра Тальбота и эксимерной KrF-лазерной системы // Изв. вузов. Приборостроение. 2G17. Т. 60. № 5. C. 4бб-47З. A8. Грибаев A^., Bаржель C.B., Петров A.A., Паланджян ДА., ^ннов K.A. Bизуализация волоконных решеток Брэгга типа II, индуцированных излучением ArF эксимерного лазера в анизотропном одномодовом световоде с эллиптической напрягающей оболочкой // Оптика и спектроскопия. 2017. Т. 123. № 1. C. 16G-164. A9. Михнева A.A., Грибаев A^., Bаржель C.B., Фролов E.A., Новикова

B.A., ^ннов K.A., Залесская Ю.K. Запись и исследование спектральных характеристик чирпированных волоконных решеток Брэгга // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 9. C. 12-1б.

A10. Паланджян ДА., Грибаев A^., ^ннов K.A., Петров A.A., Bаржель

C.B. Запись решеток Брэгга ArF эксимерным лазером в анизотропном OB // Шорник трудов VIII международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2013». CTO: Университет ИТМО. 2G13. C. З15-З1б.

A11. Gribaev A.I., Konnov K.A., Palanjyan D.A., Petrov A.A., Varzhel' S.V. High-Performance Fiber Bragg Gratings, Induced by a Single ArF Excimer Laser Pulse in Birefringent Optical Fiber with an Elliptical Stress Cladding // International Symposium "Fundamentals of Laser Assisted Micro - and Nanotechnologies" (FLAMN-13) IET 2G13. P. 91. A12. Aксарин C.M., Лавров B.C., Грибаев A^., Kоннов K.A., Bаржель C.B, Погорелая ДА. Исследование зависимости параметров анизотропных одномодовых волоконных световодов от приложенного давления // Шорник трудов II Международной научно-практической конференции «Sensorica - 2014». Шб. Университет ИТМО. 2014. C. 87-88. A13. Идрисов Р.Ф., Грибаев A.K, Огам A.M., ^ннов K.A., Bаржель C.B., Kуликов A.B. Исследование записи волоконных решеток Брэгга с использованием интерферометра Тальбота // Шорник трудов IX

международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2015». СПб. Университет ИТМО. 2015. C. 451-452.

А14. Грибаев А.И., Идрисов Р.Ф., Коннов К.А., Варжель С.В., Стам А.М. Создание лабораторного стенда для записи волоконных решёток Брэгга интерферометрическим методом // Сборник трудов IX международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2015». СПб. Университет ИТМО. 2015. С. 535-536.

А15. Идрисов Р.Ф., Грибаев А.И., Стам А.М., Коннов К.А. Мунько А.С., Варжель С.В., Интерферометрическая запись волоконных решеток Брэгга в двулучепреломляющее ОВ с эллиптической напрягающей оболочкой // Сборник трудов III Международной научно-практической конференции «Sensorica - 2015». СПб. Университет ИТМО. 2015. С. 112-113.

А16. Грибаев А.И., Варжель С.В., Токарев А.В., Анчуткин Г.Г., Мунько А.С., Куликов А.В., Архипов С.В. Запись массивов чирпированных волоконных брэгговских решёток через УФ-прозрачное защитное покрытие // Сборник трудов XII международной конференции «Прикладная оптика-2016». 2016. С. 211-214.

А17. Буреев С.В., Ероньян М.А., Тер-Нерсесянц Е.В., Комаров А.В., Безбородкин П.В., Мешковский И.К., Варжель С.В., Грибаев А.И., Идрисов Р.Ф., Стам А.М. Фоторефракция германосиликатных световодов // Сборник трудов XII международной конференции «Прикладная оптика-2016». 2016. Т. 1. С. 207-210.

А18. Новикова В.А., Варжель С.В., Грибаев А.И., Архипов С.В., Идрисов Р.Ф., Михнева А.А., Фролов Е.А. Методика изготовления и исследование спектральных характеристик волоконных брэгговских решёток с фазовым сдвигом // Сборник трудов X международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2017». 2017. С. 392-394.

А19. Михнева А.А., Грибаев А.И., Варжель С.В., Новикова В.А., Фролов Е.А., Стам А.М., Залесская Ю.К. Запись и исследование спектральных характеристик чирпированных волоконных решеток Брэгга // Сборник трудов X международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2017». СПб. Университет ИТМО. 2017. С. 389391.

А20. Грибаев А.И., Варжель С.В., Куликов А.В. Интерферометрические методы записи волоконных решеток Брэгга. СПб. Университет ИТМО. 2018. 43 с.