Методы увеличения фоточувствительности оптического волокна.(7 пункт статьи)

В этой связи значительный интерес представляло увеличение фоточувствительности уже изготовленных ВС, в том числе стандартных, без существенного изменения их собственных характеристик. Оказалось, что насыщение сетки стекла водородом при высокой температуре, например в пламени горелки с высоким содержанием водорода, способно на порядок увеличить наведенный ПП в стандартных ВС [98]. Такая обработка, которая может быть выполнена на небольшом участке ВС, обеспечивает повышенную фоточувствительность этого участка в течение длительного времени. Вместе с тем она приводит к значительному поглощению, вызванному возникновением ОН групп, а также к уменьшению механической прочности ВС.

В работе [99] был предложен принципиально другой способ водородной обработки, которая также существенно увеличивает фоточувствительность германосиликатных ВС и наиболее часто используется на практике. Он заключается в насыщении сетки стекла молекулярным водородом при относительно низких температурах (не более 100 °С). При таких температурах молекулярный водород еще не взаимодействует с сеткой стекла и находится в стекле в физически растворенном состоянии. Для такого насыщения ВС погружают в камеру с водородом при давлении ~ 100 атм. Коэффициент диффузии молекулярного водорода в кварцевом стекле достаточно высок и экспоненциально зависит от температуры [100],

поэтому практически полное насыщение стандартного ВС (98 % от максимального значения) при комнатной температуре достигается через две недели, а при температуре 100 °С - уже через 12 часов. Молярная концентрация Н₂ в сетке стекла при такой обработке достигает 2 % -3 % [100]. ВС, подвергнутый низкотемпературной водородной обработке, имеет повышенную фоточувствительность до тех пор, пока водород находится в сетке стекла. По мере обратной диффузии водорода в окружающую среду фоточувствительность уменьшается, возвращаясь к своему исходному значению, поэтому световод после водородной обработки следует хранить при пониженной температуре. Так, при Т = —20 °С уменьшение концентрации водорода на оси ВС в два раза происходит примерно через 2 месяца.

Описанный способ водородной обработки наиболее удобен для практического использования и позволяет в стандартных ВС индуцировать наведенный ПП (~ 10^—2 [99]), достаточный для большинства приложений. Вместе с тем этот способ также имеет ряд недостатков. В частности температурная стойкость решеток, записанных в ВС с водородом, оказывается относительно невысокой [101], в связи с чем требуется дополнительный отжиг решеток перед их использованием. Следует учитывать и тот факт, что водород, растворенный в стекле, изменяет его ПП, что приводит к некоторому смещению резонансной длины волны решеток [102]. Величина этого смещения зависит от исходной концентрации водорода и может достигать нескольких нанометров для ВБР [103] и нескольких десятков нанометров для ДПВР [104].

Кроме перечисленных сложностей, которые возникают при записи решеток ПП с использованием водорода, следует отметить, что при УФ облучении образуются ОН

группы, дающие поглощение в ИК области спектра. Индуцированное поглощение на длине волны 1.4 мкм может достигать нескольких дБ/см [105]. Для того чтобы избежать возникновения этого поглощения, вместо водорода используют дейтерий, который имеет большую атомную массу, в связи с чем полосы обусловленного им поглощения значительно смещены в длинноволновую область [106].

Полезное развитие описанной техники низкотемпературной водородной обработки было предложено в работе [107], где было показано, что облучение ВС с растворенным водородом небольшой дозой УФ излучения позволяет «заморозить» высокую фоточувствительность световода, т. е. сохранить ее в течение длительного времени даже после выхода молекулярного водорода из световода. Таким образом, можно подготовить необходимые участки ВС для последующей записи решеток, предварительно облучив их. Оказалось, что такую предварительную обработку можно осуществлять не только на той длине волны, на которой будет проводиться запись решеток, но и на других длинах волн УФ диапазона, в том числе излучением ультрафиолетовой лампы.

Интересное явление было обнаружено в работе [108], где было показано, что механическое растяжение ВС при записи в нем решеток приводит к значительному росту его фоточувствительности. Авторы зарегистрировали трех-четырехкратное увеличение наведенного ПП при фиксированных параметрах облучения в сравнении с ненатянутым ВС, что позволяет сократить время записи решеток примерно на порядок. Недостатком этого способа увеличения фоточувствительности является необходимость создания довольно больших деформаций (3 % и более), что требует высокого качества поверхности ВС и механической стабильности системы растяжения при записи решетки. Кроме того, такие растягивающие деформации значительно изменяют резонансную длину волны решетки, что следует учитывать для получения желаемой резонансной длины волны в освобожденном от механической нагрузки ВС