eng
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ
Авторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .14
Список участников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 15
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Глава 1. Обзор рынка специальных оптических волокон. . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.1.
Обзор рынка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.1.1.
Зависимость производства от потребления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.1.2.
Стремительный рост потребности в использовании волоконно-
оптических датчиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.1.3.
Разработка систем вооружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.1.4.
Коэффициент модернизации: 100 — 1000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.1.5.
Высокая стоимость специализированного исполнения . . . . . . . . . . . 31
1.1.6.
Множество свойств одних и тех же специальных оптических волокон 31
1.2.
Специальные оптические волокна: несколько избранных примеров . . . . . . 32
1.2.1.
Фторидное волокно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.2.
Теллуритовые волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.3.
Волокна, легированные висмутом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.2.4.
Поляризационные волокна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.2.5.
Дырчатые — фотонно-кристаллические — волокна . . . . . . . . . . . . . . 33
1.2.6.
Волокна с компенсацией дисперсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.2.7.
Волокна с высоким показателем преломления . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.2.8.
Волокна, сохраняющие поляризацию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.2.9.
Фоточувствительные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.2.10.
Волокна, легированные эрбием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.3.
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Глава 2. Теоретические основы работы световодов и разработки оптического волокна . . . . 45
2.1.
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.
Физическая структура оптического волокна, предназначенного
для систем связи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.
Линейное распространение световых волн в оптическом кабеле . . . . . . . . . 46
2.3.1.
Предварительные сведения об электромагнитных волнах . . . . . . . . . 46
2.3.2.
Интуитивный анализ на примере пластинчатого волновода. . . . . . . . 47
2.3.3.
Оптическое волокно: цилиндрический волновод . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3.4.
Множество линейно поляризованных волн (мод) LPlm . . . . . . . . . . . 51
2.3.5.
Расчет волновода на основе анализа методом конечных элементов . . 52
2.4.
Рабочее определение критической длины волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2.
Теоретическое значение критической длины волны . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.3.
Эффективные значения критической длины волны . . . . . . . . . . . . . 55
2.5.
Зависимость потерь на макроизгибах от структуры профиля показателя
преломления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.5.1.
Структура волокна с пониженным индексом преломления оболочки 57
2.5.2.
Феноменология потерь на макроизгибах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.6.
Потери на затухание в волокне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.7.
Причины хроматической дисперсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.7.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.7.2.
Материальная дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.3.
Волноводная дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.8.
Поляризационная модовая дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.8.1.
Обзор состояния вопроса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.8.2.
Основные положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.8.3.
Моделирование и имитационные эксперименты . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.8.4.
Контроль поляризационной модовой дисперсии PMD
при производстве волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.8.5.
Измерение поляризационной модовой дисперсии PMD . . . . . . . . . . 74
2.8.6.
Установление соответствия между значениями PMD
в волокне, кабеле и в условиях эксплуатации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.9.
Потери на микроизгибах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.9.1.
Микроизгибы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.10.
Нелинейные эффекты в волокне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.10.1.
Общий обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.10.2.
Основные положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Глава 3. Обзор материалов и производственных технологий . . . . . . . . . . . . . . 91
3.1.
Способ двойного тигля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.
Методы осаждения из газовой фазы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.3.
Внешнее парофазное осаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.4.
Вертикальное осевое осаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.
Прямое осаждение наночастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.6.
Метод химического парофазного осаждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.6.1.
Химическое равновесие: внесение присадок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.2.
Очистка от гидроксильного загрязнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.6.3.
Термофорез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.7.
Метод плазмохимического парофазного осаждения . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.
Золь-гелевые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.1.
Алкоксидный золь-гелевый процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.8.2.
Золь-гелевая коллоидная обработка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.9.
Производство золь-гелевых микроструктурных волокон . . . . . . . . . . . . . . 106
3.10.
Вытягивание волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Глава 4. Покрытия оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.
Первые образцы покрытий оптических волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.3.
Эволюция оптических волокон и защитных покрытий . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3.1.
Роль покрытия в минимизации микроизгибов . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3.2.
Механика разрушения стекловолокна и роль покрытия
в сохранении прочности волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.3.3.
Износостойкость покрытий оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.
Размещение оптических волокон в кабеле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.5.
Специализированные покрытия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.6.
Химические основы производства оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . 120
4.6.1.
Олигомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.6.2.
Мономеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.6.3.
Фотоинициаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.6.4.
Активаторы склеивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.6.5.
Другие добавки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.7.
Нанесение покрытий в установке для вытягивания . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.7.1.
Методы измерения скорости отверждения покрытия . . . . . . . . . . . . 128
4.7.2.
Характеристики отверждения покрытий, нанесенных на волокно . . 129
4
Содержание
4.7.3
Методы измерения, применяемые для жидкостей и пленок
с УФ-отверждением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.7.4.
Адгезионная способность покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.8.
Итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Глава 5. Одномодовые волокна связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 138
5.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.
Связь между параметрами волокна и систем передачи . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.2.1.
Ограничения, накладываемые отношением сигнал—шум в оптике 139
5.2.2.
Ограничения, накладываемые межсимвольной интерференцией . . . 140
5.2.3.
Ограничения, накладываемые нелинейными эффектами . . . . . . . . . 141
5.2.4.
Ограничения, накладываемые технологиями усиления. . . . . . . . . . . 142
5.2.5.
Может ли структура волокон способствовать оптимизации
систем передачи? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.3.
Обзор стандартов МСЭ-Т, посвященных волокнам . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.4.
Оптические волокна с пониженным затуханием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.4.1.
Волокна с сердечником из чистого кварца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.4.2.
Волокна с нулевым пиком воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.5.
Принципы разработки волокон для широкополосной
и высокоскоростной передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.5.1.
Точная компенсация дисперсионных искажений. . . . . . . . . . . . . . . 155
5.5.2.
Методы компенсации дисперсии в волокне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.5.3.
Компенсация дисперсии во всей полосе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.5.4.
Требование низкой остаточной дисперсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.5.5.
Факторы, влияющие на нелинейность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.5.6.
Искажения, обусловленные рамановским усилением. . . . . . . . . . . . 159
5.5.7.
Системные последствия дисперсии PMD в передающем волокне Тх 160
5.5.8.
Обобщение принципов проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.6.
Разработка волокон с ненулевой дисперсией NZDF . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.6.1.
Согласование передаточных параметров волокна . . . . . . . . . . . . . . 161
5.6.2.
Реализуемость, производительность и развитие . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.6.3.
Низкодисперсионные волокна с ненулевой смещенной
дисперсией NZDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.6.4.
Среднедисперсионные волокна NZDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.7.
Новые парадигмы в разработке линий передачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Глава 6. Специализированные одномодовые волокна . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2.
Волокна с макроотверстиями. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.2.1.
Микрофлюидальные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.3.
Волокна с внутренними электродами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.3.1.
Процесс введения электродов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.3.2.
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.4.
Волокна и компоненты с несколькими сердцевинами . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.4.1.
Связанные сердцевины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.4.2.
Несвязанные сердцевины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.4.3.
Производство волокон с несколькими сердцевинами. . . . . . . . . . . . 191
6.5.
Волокна для решеток, стойких к высоким температурам . . . . . . . . . . . . . 192
6.6.
Итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Содержание 5
Глава 7. Волокна, легированные редкоземельными элементами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.2.
Теоретические основы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.3.
Базовые стекла для редкоземельных ионов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.
Производство волокон, легированных редкоземельными элементами . . . . 206
7.4.1.
Краткий обзор производства оптического волокна . . . . . . . . . . . . . 206
7.4.2.
Включение редкоземельных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
7.4.3.
Обобщение методов производства волокон,
легированных редкоземельными элементами . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.5.
Волокно, легированное эрбием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.5.1.
Принципы действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.5.2.
Вопросы разработки конструкции волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.5.3.
Вопросы выбора состава волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.5.4.
Коротковолновые усилители. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
7.6.
Системы, использующие совместное легирование
эрбием/иттербием Er/Yb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
7.7.
Волокно с двойной оболочкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.7.1.
Ограничения волоконных лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.7.2.
Методы улучшения качественных показателей . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.8.
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 239
Глава 8. Волокна, сохраняющие поляризацию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.1.
Что такое волокно, сохраняющее поляризацию? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.2.
Применения: зачем использовать РМ-волокна? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.2.1.
Интерферометрия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.2.2.
Волоконно-оптический гироскоп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.2.3.
Когерентные системы связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.2.4.
Интегральная оптика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
8.2.5.
Доплеровскяая лазерная анемометрия и велосиметрия . . . . . . . . . . 248
8.2.6.
Блоки объединения накачки на легированных эрбием волоконных
усилителях EDFA, схемы подавления отражения, считывание
(по)тока и томография оптической когерентности. . . . . . . . . . . . . . 249
8.3.
Как работают РМ-волокна? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.4.
Типы РМ-волокон: с двулучепреломлением, обусловленным
напряжением и формой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.4.1.
Волокна с двулучепреломлением, обусловленным напряжением:
типа «бабочка», PANDA и с эллиптической оболочкой . . . . . . . . . . 250
8.4.2.
Elliptical Core, Form-Birefringent Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.4.3.
Микроструктурированные («дырчатые») волокна . . . . . . . . . . . . . . 253
8.4.4.
Поляризующее волокно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
8.5.
Методы производсва волокна с РМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.5.1.
Волокна типа «бабочка» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.5.2.
Волокно типа «панда» (PANDA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
8.5.3.
Волокно с эллиптической оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
8.5.4.
Эллиптический сердечник, волокно с двойным лучепреломлением,
создаваемым формой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.5.5.
Микроструктурированные («дырчатые») волокна. . . . . . . . . . . . . . . 259
8.6.
Ключевые качественные показатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
8.6.1
Затухание (б). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
8.6.2.
Числовая апертура (NA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.6.3.
Есть ли связь между сохранением поляризации и затуханием? . . . . . 262
8.6.4.
Длина волны отсечки (лc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
6
Содержание
8.6.5.
Диаметр модового поля (MFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
8.6.6.
Длина биений (Lp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
8.6.7.
Коэффициент гашения (ER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
8.6.8.
Параметр H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
8.6.9.
Влияние условий испытаний и окружающей среды
на характеристики сохранения поляризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
8.7.
Механические свойства и параметры срока службы . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
8.7.1.
Парадокс прочности I: хрупкие заготовки создают
исключительно прочные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
8.7.2.
Парадокс прочности II: тонкие волокна могут быть
прочнее толстых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 273
Глава 9. Светочувствительные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.2.
Конструкция и производство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
9.3.
Волокна со стандартными числовыми апертурами . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
9.3.1.
Стандартные одномодовые волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
9.3.2.
Германиево-силикатные волокна, легированные бором . . . . . . . . . . 279
9.3.3.
Волокна, легированные сурьмой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
9.3.4.
Волокна, легированные оловом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
9.4.
Волокна с высокими значениями числовой апертуры . . . . . . . . . . . . . . . . 282
9.4.1.
Высоколегированные германием Ge кварцевые оптические волокна 283
9.4.2.
Легированные оловом германиево-силикатные волокна . . . . . . . . . 285
9.4.3.
Легированные индием германиево-силикатные волокна . . . . . . . . . 286
9.5.
Подавление оболочечных мод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
9.6.
Светочувствительные волокна, легированные редкоземельными
элементами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
9.6.1.
Сердечник на основе германиево-алюминосиликатного
базового стекла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
9.6.2.
Ограниченный сердечник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
9.6.3.
Светочувствительная оболочка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
9.6.4.
Ограниченный сердечник и светочувствительная оболочка . . . . . . . 296
9.6.5.
Легированное сурьмой алюминосиликатное волокно . . . . . . . . . . . . 296
9.7.
Сохранение поляризации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.8.
Другие типы светочувствительных волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
9.8.1.
Полимерные оптические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
9.8.2.
Фторидное стекло. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
9.8.3.
Высоколегированные фосфором кварцевые волокна . . . . . . . . . . . . 303
9.9.
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Глава 10. Волокна с полыми сердечниками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
10.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
10.1.1.
Распространение волн с помощью полного внутреннего
отражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
10.1.2.
Волноводы с отражением от границ проводимости . . . . . . . . . . 310
10.1.3.
Волновод с фотонной запрещенной зоной . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
10.2.
Передача света в волокне с полым сердечником . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
10.2.1.
Полые металлические волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
10.2.2.
Волноводы в брэгговских волокнах и волокнах компании
OmniGuide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Содержание 7
10.2.3.
Механизмы ослабления в волокнах OmniGuide . . . . . . . . . . . . . 319
10.2.4.
Распространение волны в двухмерном (2D)
фотоннокристаллическом волокне. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
10.3.
Области примекнения волокон с полой скрдцвиной. . . . . . . . . . . . . . . 336
10.3.1.
Волокна с полой сердцевиной в медицинских приложениях. . . . 336
10.3.2.
Потенциальные возможности применения в связи. . . . . . . . . . . 338
10.3.3.
Волокна с полой сердцевиной как газовые ячейки . . . . . . . . . . . 339
10.3.4.
Применения волокон с полой сердцевиной в дистанционных
датчиках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
10.3.5.
Промышленные применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
10.4.
Производство волокон с полой сердцевиной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
10.4.1.
Производство OmniGuide-волокна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
10.4.2.
Методы, используемые в производстве других волокон
с полой сердцевиной. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
10.5.
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Глава 11. Кварцевые нановолокна и волокна с диаметром меньше длины волны . . . . . . . . 349
11.1.
Знакомство с нановолокнами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
11.2.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
11.3.
Моделирование свойств кварцевых нановолокон при работе
в режиме одномодового волновода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
11.3.1.
Базовая модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
11.3.2.
Распределение мощности: часть мощности внутри
сердцевины и эффективный диаметр. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
11.3.3.
Групповая скорость и волноводная дисперсия . . . . . . . . . . . . . . 358
11.4.
Изготовление кварцевых нановолокон и их исследование
при помощи микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
11.4.1.
Двухступенчатое утоньшение кварцевых нановолокон
в процессе вытягивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
11.4.2.
Изучение кварцевых нановолокон при помощи
электронного микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
11.5.
Свойства кварцевых нановолокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
11.5.1.
Микрообработка и механические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . 366
11.5.2.
Распространение волн и оптические потери. . . . . . . . . . . . . . . . 371
11.6.
Существующие и потенциальные приложения кварцевых нановолокон 373
11.6.1.
Микромасштабные и наномасштабные фотонные элементы. . . . 373
11.6.2.
Нановолоконные оптические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
11.6.3.
Дополнительные приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Глава 12. Киральные волокна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
12.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
12.2.
Три типа киральных решеток. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
12.3.
Короткопериодическая киральная решетка: волоконный аналог CLC 387
12.3.1.
Проблемы производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
12.3.2.
Аналогия с одномерной (1D) киральной планарной структурой . 387
12.3.3.
Сравнение одномерной киральной структуры с одномерной
изотропной слоистой структурой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
12.3.4.
Микроволновые эксперименты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
12.3.5.
Оптические измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
12.4.
Киральные среднепериодические решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
12.4.1.
Симметрия структур CIPG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
8
Содержание
12.4.2.
Микроволновые эксперименты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
12.4.3.
Оптические измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
12.4.4.
Синхронизация преобразований оптической поляризации
и рассеяния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
12.5.
Киральные длиннопериодические решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
12.5.1.
Оптические измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
12.6.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Глава 13. Волокна инфракрасного диапазона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
13.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
13.2.
Стеклянные оптические волокна, содержащие галоиды и окиси
тяжелых металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
13.2.1.
Фторидные стеклянные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
13.2.2.
Германатные стеклянные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
13.2.3.
Халькогенидные стеклянные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
13.3.
Кристаллические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
13.4.
Поликристаллические (PC) волокна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
13.5.
Монокристаллические (SC) волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
13.6.
Волноводы с полой сердцевиной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
13.6.1.
Полые металлические и пластиковые волноводы . . . . . . . . . . . . 421
13.6.2.
Полые стеклянные волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
13.7.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Глава 14. Герметичные оптические волокна: волокна с углеродным покрытием. . . . . . . . . 428
14.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
14.2.
Исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
14.3.
Нанесение углеродных покрытий на волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
14.4.
Усталостные свойства волокон с углеродным покрытием . . . . . . . . . . . 436
14.5.
Водородные потери в оптических кабелях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
14.5.1.
Водородные потери в негерметичных волокнах . . . . . . . . . . . . . 440
14.5.2.
Водородные потери в герметичных волокнах
с углеродным покрытием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
14.5.3.
Испытания герметичных волокон в водородной среде . . . . . . . . 442
14.5.4.
Диффузия водорода в герметичных волокнах . . . . . . . . . . . . . . . 444
14.5.5.
Влияние структуры стекла на свойства герметичного волокна 449
14.6.
Использование и обработка герметичных волокон
с углеродным покрытием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
14.6.1.
Прочность волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
14.6.2.
Обработка волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
14.6.3.
Очистка, скалывание и оконцовка волокон . . . . . . . . . . . . . . . . 452
14.6.4.
Сращивание методом сплавления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
14.6.5.
Окраска волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
14.7.
Технические требования к волокнам с углеродным покрытием . . . . . . . 453
14.8.
Применения герметичных волокон с углеродным покрытием . . . . . . . . 457
14.8.1.
Волокна в подводных кабелях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
14.8.2.
Волокна в усилителях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
14.8.3.
Авиационное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
14.8.4.
Геофизические датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
14.9.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 459
Содержание 9
Глава 15. Волокна с металлической оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
15.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
15.2.
Метод замораживания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
15.3.
Прочность и надежность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.4.
Ухудшение свойств при высоких температурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
15.5.
Оптические свойства волокон с металлическим покрытием . . . . . . . . . 474
15.6.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 478
Глава 16. Волокна с эллиптической сердцевиной и D'образные волокна . . . . . . 480
16.1.
Обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
16.1.1.
Оптическое волокно с эллиптической сердцевиной . . . . . . . . . . 480
16.1.2.
D-образные волокна с эллиптической сердцевиной
и варианты их исполнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
16.2.
Производство эллиптической сердцевины и D-образных волокон. . . . . 482
16.3.
Волокна с эллиптической сердцевиной: характеристики и свойства . . . 483
16.3.1.
Двойное лучепреломление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
16.3.2.
Сохранение поляризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
16.3.3.
Эксцентриситет и моды высших порядков . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
16.4.
D-образные волокна: характеристики и свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
16.4.1.
Доступ к оптическим полям: травление волокна . . . . . . . . . . . . 488
16.4.2.
Влажное травление оболочки на основе диоксида кремния
и германиево-силикатной сердцевины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
16.4.3.
Стандартное травление (для доступа к полю исчезающей волны) 489
16.4.4.
Обнажение сердцевины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
16.4.5.
Частичное и полное удаление сердцевины . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
16.5.
Оптические компоненты на основе D-образного волокна . . . . . . . . . . . 493
16.5.1.
Ответвители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
16.5.2.
Петлевые отражатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
16.5.3.
Поляризаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
16.5.4.
Соединение встык с активными устройствами . . . . . . . . . . . . . . 496
16.5.5.
Соединение с интегральными оптическими устройствами . . . . . 498
16.6.
Сращивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
16.6.1.
Сращивание D-образных волокон друг с другом . . . . . . . . . . . . 499
16.6.2.
Сращивание D-образных волокон и волокон
с круглой оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
16.7.
Волоконные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
16.7.1.
Электрооптические модуляторы интенсивности. . . . . . . . . . . . . 502
16.7.2.
Фазовые модуляторы с замещенной оболочкой . . . . . . . . . . . . . 503
16.7.3.
Устройства с частично и полностью замещенной сердцевиной 505
16.7.4.
Волоконные устройства на решетках Брэгга. . . . . . . . . . . . . . . . 507
16.7.5.
Регулируемые аттенюаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
16.7.6.
Контроль оптического поглощения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
16.7.7.
Встроенные волоконные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
16.7.8.
Оптоэлектронные устройства на D-образных волокнах . . . . . . . 515
16.8.
Волокно с эллиптической сердцевиной, легированное
редкоземельными элементами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
Глава 17. Многомодовые волокна, волокна с большим сердечником и волокна,
армированные пластиком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
17.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
17.2.
Полностью кварцевое волокно (кварц/кварц) с крупным сердечником 525
17.3.
Волокна кварц-кварц с высокими и низкими числовыми
апертурами NA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
10
Содержание
17.4.
Кварцевые волокна с оболочками из пластика и твердого полимера . . . 531
17.4.1.
Кварцевые волокна с оболочками из пластика . . . . . . . . . . . . . . 531
17.4.2.
Кварцевые волокна с оболочками из твердого полимера . . . . . . 531
17.5.
Кварцевое волокно с нано-пористым покрытием/оболочкой . . . . . . . . 533
17.6.
Неограниченный потенциал приложений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
Глава 18. Конические волокна и специальные волоконные микрокомпоненты . . . . . 536
18.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
18.2.
Конические окончания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
18.2.1.
Структура конического окончания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
18.3.
Линзы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
18.4.
Рассеиватели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
18.5.
Угловые окончания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
18.6.
Оптические измерительные окна для микрофлюидальных
проточных кювет. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
Глава 19. Оптические волокна с жидким сердечником . . . . . . . . . . . . . . . . 552
19.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
19.2.
Распространение света в волокнах с жидкими сердечниками:
модальные свойства, дисперсия и эффекты поляризации . . . . . . . . . . . 553
19.3.
Методы изготовления и контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
19.4.
Применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
19.4.1.
Волноводы для специальных спектральных областей
и оптико-химический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
19.4.2.
Волоконные датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
19.4.3.
Нелинейные оптическое эффекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
19.4.4.
Применение в медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
19.4.5.
Специальные волноводные структуры и устройства
с жидкими сердечниками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
19.5.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 565
Глава 20. Полимерные оптические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
20.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
20.2.
Основы полимерных оптических волокон POF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
20.2.1.
Материалы для POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
20.2.2.
Распространение света в POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
20.2.3.
Ширина полосы пропускания полимерного волокна POF . . . . . 572
20.3.
Типы полимерных волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
20.4.
Стандарты POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
20.5.
Полимерные волокна POF для систем передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
20.5.1.
Волокна со ступенчатым профилем SI-PMMA POF . . . . . . . . . . 583
20.5.2.
Градиентные волокна PMMA-GI POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
20.5.3.
Волокна PF-GI POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
20.6.
Применения полимерных волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
20.6.1.
POF в автомобильной проводке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
20.6.2.
Датчики POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
20.6.3.
Полимерные волокна в домашних сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
20.7.
Методы производства полимерных волокон POF . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
20.7.1.
Волокна SI POF: методы вытягивания из преформ и экструзии 591
20.7.2.
Изготовление волокон с градиентным профилем . . . . . . . . . . . . 593
Содержание 11
20.7.3.
Метод граничной межфазной полимеризации геля. . . . . . . . . . . 593
20.7.4.
Экструзия волокон GI POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 595
Глава 21. Сапфировые оптические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
21.1.
Выращивание сапфировых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
21.2.
Оптические и механические характеристики монокристаллических
сапфировых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
21.3.
Плакирование и покрытия сапфировых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
21.4.
Применения сапфировых волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
21.4.1.
Оптоволоконные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
21.4.2.
Применение в медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
21.5.
Приложение: свойства Al2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
Глава 22. Оптические волокна для производственных применений лазеров . . . . . . . 616
22.1.
Волоконные лазеры и усилители: введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
22.2.
Волокна с накачкой оболочки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
22.3.
Волокна с большой модовой площадью, легированные иттербием:
революция мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
22.4.
Волокна LMA с двойным покрытием, сохраняющие поляризацию . . . . 624
22.5.
Волоконные лазеры: современный технический уровень. . . . . . . . . . . . 629
22.6.
Безопасные для глаз волокна с большой модовой площадью. . . . . . . . . 632
22.7.
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Глава 23. Оптические волокна для биомедицинских приложений. . . . . . . . . . . . . 641
23.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
23.2.
Медицинские лазерные манипуляторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
23.3.
Приложение трансэндоскопической хирургии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
23.3.1.
Клинические испытания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.4.
Абсорбционная спектроскопия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
23.4.1.
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
23.4.2.
Медицинские приложения абсорбционной спектроскопии. . . . . 649
23.5.
Спектроскопия с использованием затухающих волн . . . . . . . . . . . . . . . 651
23.5.1.
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
23.5.2.
Экспериментальные установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
23.5.3.
Химическое опознание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
23.5.4.
Биохимическое опознание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
23.6.
Волоконно-оптические тепловые сенсоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
23.6.1.
Волоконно-оптический термодатчик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
23.6.2.
Волоконно-оптическая радиометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
23.7.
Тепловидение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
23.7.1.
Инфракрасное отображение и томография в минимально
инвазивных процедурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
Глава 24. Механическая прочность и надежность стекловолокон . . . . . . . . . . . . 670
24.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
24.2.
Обзор свойств стекла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
24.2.1.
Некристалличность, процессы стеклования (Tg) и релаксации 671
24.2.2.
Хрупкость, прочность и ломкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673
24.2.3.
Структурные эффекты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
24.3.
Механические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
24.3.1.
Прочность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
12
Содержание
24.3.2.
Усталость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
24.3.3.
Старение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690
24.3.4.
Несиликатные стекла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
24.3.5.
Фотонно-кристаллические, или «дырчатые», волокна . . . . . . . . 694
24.4.
Покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
24.4.1.
Общие замечания и полимерные покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . 696
24.4.2.
Металлические покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
24.4.3.
Неорганические покрытия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
24.5.
Обработка и содержание волокна после вытягивания . . . . . . . . . . .. 696
24.5.1.
Зачистка волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
24.5.2.
Скалывание волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
24.5.3.
Сращивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
24.5.4.
Полировка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701
24.5.5.
Пайка/волоконные выводы — пигтейлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
24.5.6.
Устранение дефектов обработки: травление . . . . . . . . . . . . . . . . 703
24.6.
Фрактография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704
24.7.
Подтверждение соответствия и надежность . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705
24.7.1.
Расчет на минимальную прочность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706
24.7.2.
Расчет вероятности отказа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 708
Индекс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .711
АВТОРЫ
Алексис Мендез (Alexis Mendez) Доктор Алексис Мендез, президент и основатель компании MCH Engineering LLC, консалтинговойфирмы, специализирующейся на технике измерения волоконных световодов. Доктор Мендез имеет более чем 20-летний опыт
работы в технике волоконных световодов, датчиков и контрольно-измерительных приборов. До основания компании МСН, Доктор Мендез занимал различные руководящие должности в области оптическойсвязи в Кремниевойдолине. Он был руководи-
телем Группы Лаборатории по волоконно-оптическим датчикам в компании ABB Corporate
Research (США), где проводил исследования и разработку датчиков для нефтянойи газовойпромышленности, электроэнергетики и обработки производственных
данных. Он был разработчиком датчиков давления и температуры на основе брэгговских решеток, волоконно-оптических датчиков высокого напряжения и тока и др. Он
также проводил исследования по изучению влияния кислорода на волокна.
Доктор Мендез написал более 45 научных работ, является держателем четырех патентов США и лауреатом конкурса R&D 100 award. Он также является председателем
МеждународнойКонференции по волоконным датчикам (OFS-18). Доктор Мендез
получил степень доктора (PhD) в области электротехники в Университете Брауна.
Т.Ф. Морзе (T.F.Morse) Т.Ф.Морзе получил степень Бакалавра (BA) в области литературы в 1953 году и Магистра (МА) истории в 1954 году в Университете Дюка. Он
был членом совета Международного Института образования в Кельнском Университете, Германия, в 1954—1955 году (история, политология). С 1956—1959 работал в
компании Pratt & Whitney Aircraft в Хартфорде, штат Коннектикут, и в это время получил степень Бакалавра (ScB) (механика) в Университете Хартфорда и степень Магистра (MSc) (механика) в Политехническом институте Ренсселаера в Хартворде. В
1961 году, после окончания аспирантуры в Университете Northwestern, он получил
звание доктора (PhD) по специальности механика. С 1961 по 1963 год он был старшим научным сотрудником в компании ARAP в г. Принстон, штат Нью-Джерси, где
он работал над решением теоретических задач механики жидкостей. Будучи профессором технических наук в Университете Брауна, г. Провиденс, штат Род-Айленд
(1963—1999) он был директором лаборатории по световоднойтехнике и в 1969—
1970 году старшим научным сотрудником в исследованиях по программе Фулбрайта
в Немецком исследовательском институте радиовещания. С 1999 года он служил в
Бостонском Университете в качестве профессора по электротехнике и вычислительнойтехнике и был Директором лаборатории по световоднойтехнике. Он автор более
120 научных работ и имеет пять патентов. В круг его научных интересов и сферу деятельности входит обработка волокна, стекловолоконные материалы, волоконные лазеры и волоконные датчики.
СПИСОК УЧАСТНИКОВ
Моше Бен Дэвид (Moshe Ben-David) Моше Бен-Дэвид получил степень профессора (PhD) физики в Тель-Авивском Университете в Израиле в 2003 году. Он имеет
более чем 10-летнийопыт работы в области разработки электро-оптических систем
для вооруженных сил, связи, развлекательных мероприятийи медицины; в настоящее время сотрудничает с компаниейGlucon Medical. Он автор более 20 научных работ, 4 глав книги и 4 патентов. В круг его научных интересов входят: световоды и
волноводы, взаимодействие лазерных тканей, оптические диагностические методы в
медицине, и распространение света в ткани.
Райан Байс (Ryan Bise) Доктор Райан Байс является членом Технического совета
компании OFS Laboratories в МюррейХил, штат Нью Джерси, бывшего подразделения по изучению волоконных световодов компании Bell Laboratories, Lucent Technologies.
Область его исследования включает изготовление и проектирование микро-
структурных оптических волокон. Доктор Браун изучал химию в Колледже UCLA и
Университете UC Беркли (Berkeley).
Владимир А. Богатырев (Vladimir Bogatyrev) В 1972 году Владимир А. Богатырев
закончил МосковскийФизико-технологическийинститут. С 1972 по 1982 год занимался исследованиями мощных лазеров, легированных неодимом, в Физическом институте Лебедева РАН. С 1982 года круг его интересов переместился в область техно-
логийволоконных световодов и связанных с этим вопросов (процесс вытягивания
лазера, свойства полимеров и герметических покрытий, сила и усталость волоконных
световодов). В настоящее время он работает научным сотрудником Исследовательского центра по волоконнойоптике РАН, Москва, Россия. Его главная научная дея-
тельность касается изучения оптических волокон с металлическим покрытием (техника изготовления и изучение их механических и оптических свойств).
Адриан Картер (Adrian Carter) Доктор Адриан Картер, основатель и Главный специалист компании Nufern. До этого он был ассистентом профессора в лаборатории
по световоднойтехнике в Университете Брауна. Доктор Картер был старшим научным сотрудником Центра волоконно-оптическойтехники в Сиднее, Австралия, где
работал над проектированием и изготовлением новых волоконных световодов, будучи также научным сотрудником Технического Университета в Гамбурге-Харбурге,
Германия. Он получил степень доктора (PhD) на кафедре физики и теоретической
химии и бакалавра (BS) по математике и химии в Университете Сиднея, в котором
он в настоящее время является также почетным научным сотрудником.
Каи Х.Чанг (Kai Chang) С 2005 года Каи Х. Чанг был техническим руководителем в компании Heraeus Tenevo, США. С 1986 по 2005 год он работал в компании
Bell Laboratories AT & T/Lucent Technologies/OFS в г.Норерос, штат Джорджия и
был техническим руководителем группы по MCVD-технике и заслуженным изобретателем. Каи работал над механизмами оптических потерь в кремниевых волокнах
и был одним из первых, кто разработал волокно zero-OH AllWave ®. Каи получил
степень доктора (PhD) в области физики в Университете в Торонто в 1984 году и с
1984 по 1986 год работал научным сотрудником в области физики в компании Caltech.
Аза Клэссон (Asa Claesson) Аза Клэссон получила степень магистра (MS) в облас-
ти материаловедения в Университете в г. Упсала, Швеция, в 1977 году и с тех пор
активно участвует в разработке компонент оптического волокна, а также специаль-
ных волоконных световодов. Она является автором более 120 научных работ, 4 па-
тентов и 2 глав книги. В настоящее время она работает менеджером в компании Acreo
Fiberlab в Швеции.
Джеймс П. Кларкин ( James Clarkin) Джеймс П.Кларкин является вице-президентом по развитию бизнеса в компании Polymicro Technologies, LLC. Джеймс Кларкин
имеет 20-летнийопыт в проектировании, эксплуатации и изготовлении всех типов
оптических волокон. До поступления на работу в Polymicro, в 1998 году, Джеймс работал в течение 12 лет в компании Ensign Bickford/Spectran Corporation в качестве
технического менеджера и менеджера по производству. Работая в Spectran, Джеймс
руководил разработкойи производством специального волоконного световода и кабеля. Джеймс имеет степень бакалавра (BS) химии, магистра (MS) в области материаловедения и МВА в Политехническом институте Ренесселаера.
Андре Крото (Andre Croteau) Андре Крото получил степень магистра (MSс) в области физики в Королевском (Queen`s) Университете в г. Кингстоне, провинция Онтарио в Канаде в 1986 году. С 1986 по 1988 год Андре занимался исследованиями в
лаборатории по фундаментальным исследованиям компании NEC в Японии, где он
работал над созданием электрооптических тонких пленок. В 1988 году Андре поступил на работу в INO в качестве научного сотрудника в программе специальных волоконных световодов; там же в 1998 году стал менеджером. Его основная исследовательская деятельность включает разработку активных волокон, легированных редкоземельными элементами, микроструктурированных волокон и светочувствительных волокон. Он опубликовал более 20 научных работ и получил 3 патента.
Дэвид Дж. ДиДжованни (David J. DiGiovanni) Дэвид ДиДжованни является президентом OFS Laboratories LLC, центральнойисследовательскойорганизации OFS. Дэвид начал свою карьеру с должности научного сотрудника в отделе по изучению волоконных световодов в компании Bell Laboratories и был переведен из AT&T в Lucent,
а затем в OFS, которые, по существу, являются однойи тойже организацией.
Он работал над различными проблемами, связанными с проектированием и изготовлением оптических волокон и внес значительныйвклад в работы по оптическому во-
локну, легированному эрбием, для усилителей, мощным усилителям и лазерам, рамановскому усилению и оптическим компонентам. Дэвид получил несколько научных степенейв Университете Брауна, включая доктора по механике (PhD). Он член
IEEE и член общества OSA.
Крис Эмсли (Chris Emslie) Доктор Крис Эмсли является директором компании Fibercore
Limited. Он начал свою карьеру в области волоконнойоптики в 1982 году на
опытном производственном предприятии Корнинга в г. Уилмингтоне, штат Северная Каролина. Он получил степень доктора на кафедре волоконнойоптики в Саутгемптонском Университете (Великобритания). Темойего диссертации было изготовление полимерного волокна с малыми потерями, которую он готовил под руководством профессора Алека Гэмблинга и профессора Дэвида Пэйна. Доктор Эмсли уехал
из Саутгемптона в 1978 году и занялся коммерческойдеятельностью в компании по
fledgling оптическим компонентам, Йорк, VSOP, и в 1989 году занялся своим бизнесом по разработке волоконных световодов. Впоследствии на базе этого бизнеса была
создана компания Fibercore Limited.
Пьер Ивес Фоньяллаз (Pierre-Yves Fonjallaz) Пер-Ивус Фоньяллаз получил степень магистра (MSc) в области физики и степень доктора (PhD) (волоконные решетки Брэгга) в Швейцарском федеральном институте технологий в Лозанне в 1990 и
1995 году. В 1996 году после аспирантуры в КТН он начал работу в Acreo AB (Швеция). Он стал руководителем группы по волоконно-оптическим компонентам (2000).
В 2003 году он был назначен директором компании Kista Photonics Research Centre
(KPRC) и координировал сотрудничество Acreo c Королевским институтом технологии (КТН) по вопросам стекловолоконнойоптики. В 2004 году был организатором
ряда семинаров и конференций, таких например, как ЕСОС.
Израель Ганнот (Israel Gannot) Профессор Израель Ганнот получил степень доктора
(PhD) в области биомедицины в Тель-Авивском университете, Тель-Авив, Израиль, в
6
1994 году. С 1994 по 1997 год он занимал должность старшего научного сотрудника в
НациональнойАкадемии Наук. С 1977 года преподавал в Тель-Авивском Университете, а с 2005 года работал профессором биомедицины в Университете Джорджа Вашингтона. Профессор Ганнот член совета американского Института Медицины и биологии. Он автор более 100 научных работ, 6 глав книги и 10 патентов. Область его иссле-
дованийвключает: волоконные световоды и волноводы, взаимодействие лазера с тканью, методы оптическойдиагностики и биомедицинская информатика.
Азриель З. Генак (Azriel Z. Genack) Азриель Генак является заслуженным профессором физики в Королевском колледже CUNY, в котором он работал с 1984 года. Он
получил степень Бакалавра (ВА) в Колумбийском колледже и степень доктора (PhD)
в области физики в Колумбийском Институте. После получения степени он работал
доцентом в колледже City CUNAY, а затем в исследовательскойлаборатории IBM в
Сан-Жозе. С 1977 по 1984 год работал научным сотрудником в Exxon Corporate Research
Laboratories. Он был соучредителем компании Chiral Photonics, основаннойв
1999 году. Круг его исследованийвключает фотонику хиральных структур и статистику распространения и локализации оптическойи микроволновойрадиации в случайных средах.
Джеймс Харрингтон (James A. Harrington) Джеймс А. Харрингтон, профессор Ceramic
Science and Egineering в Университете Рутгерса. Доктор Харрингтон имеет более
чем 30-летнийопыт научных исследованийIR-материалов и волокон и является
изобретателем полых сапфировых и полых стекловолокон. Он признан одним из ведущих специалистов в мире в этойпостоянно развивающейся области. До работы в
программе по исследованиям волоконно-оптических материалов в Университете
Рутгера в 1989 году, он был Директором Infrarared Fiber Operations for Heraeus LaserSonics, а до этого, был программным менеджером по IR-волоконнойоптике в Hughes
Research Laboratories в Малибу, штат Калифорния.
Хуан Хернандез Кордеро (Juan Hernandez-Cordero) Доктор Хуан Хернандес-Кордеро получил степень бакалавра (BsC) электротехники в Национальном автономном
Университете в Мехико (UNAM) в 1992 году. Ему была присуждена полная стипендия на прохождение обучения в Университете Брауна, в котором он получил степень
магистра (1966) и степень доктора (PhD) (1999) на факультете прикладных наук. После года работы в качестве доцента в Лаборатории по световоднойтехнике в Университете Бостона он перешел в ИсследовательскийИнститут по материаловедению
(IIM) при UNAM, где организовал Лабораторию по волоконным лазерам и волоконным датчикам. Область его интересов включает волоконные датчики, волоконные
лазеры и волоконные устройства.
Михай Ибанеску (Mihai Ibanescu) МихайИбанеску получил степень бакалавра
(BS) и доктора (PhD) физики в Массачусетском Технологическом Институте в 200 и
2005 году. С 2005 по 2006 год он работал доцентом в исследовательскойгруппе Профессора Джона Йоннапоулоса при МТ. В течение 200—2001, и с 2006 года он работал
в компании OmniGuide Inc. В Кембридже, штат Массачусетс. Область его научных
интересов включает фотонные кристаллы, фотонные band gap волокна и волокна с
полойсердцевиной .
Анна Клер Жакоб Поулин (Anne Claire Jacob Poulin) Анна Клер Жакоб Поулин поступила на работу в INO научным сотрудником в 2000 году после получения степени
доктора (PhD) физики в Центре оптики, фотоники и лазеров Лавальского Университета, Квебек, Канада, и степень магистра (MSc) физики в Центре молекулярнойфизики, Университет I в Бордо, Франция. Вначале она работала в области связи по
изучению изготовления пассивных оптических компонентов со светочувствительными волокнами и разработке волоконных усилителейс волокнами, легированными
фторидом. В настоящее время она работает над изготовлением и применением фотонных устройств для датчиков в сельском хозяйстве и биомедицине.
7
Стивен А. Якобс (Steven A. Jacobs) Стивен Якобс возглавляет Группу системотехники в компании OmniGuide Inc., где он ведет разработку новых медицинских систем для минимально инвазивнойлазернойхирургии на основе фотоннойband-gap
волоконнойтехники компании OmniGuide. До этойпозиции он возглавлял Группу
по теории и моделированию. Он получил степень бакалавра (BS) в MIT и степень
доктора (PhD) физики в Университете в Висконзине. До поступления в компанию
OmniGuide в 2001 году, доктор Якобс был почетным членом технического персонала
в компании Bell Laboratories. Его профессиональныйинтерес включает вычислительные электромагнитные методы и использование вычислительных и статистических
методов для повышения производительности и усовершенствования процесса.
Стивен Г. Джонсон (Steven G. Johnson) Стивен Г. Джонсон получил степень доктора
(PhD) на кафедре физики в MIT (МассачусетскийтехнологическийИнститут). В настоящее время он работает в MIT доцентом по прикладнойматематике, а также консультантом в компании OmniGuide Inc. Он написал несколько широко используемых,
бесплатных пакетов программного обеспечения, включая пакет МРВ для решения фотонных собственных мод и библиотеку быстрых преобразованийФурье (FFTW) (за которую он получил премию Дж Х. Уилкинсона в 1999 году). В 2002 году Клувер издал
его докторскую диссертацию как книгу, Фотонные кристаллы: Путь от теории к практике. Его научныйинтерес включает разработку новых полу-аналитических и числовых методов для электромагнетизма в системах с высоким показателем контрастности.
Джинки Ким (Jinkee Kim) Джинки Ким получил степени бакалавра (BS) и магистра
(MS) в области электротехники в Сеульском национальном Университете и степень
доктора (PhD) в области электротехники и вычислительнойтехники в Технологическом Институте в Джорджии. Его докторская работа была посвящена интегральной
оптике, 100 Гбит/с — связи и цифровойобработке двнных. Он работал научным сотрудником в компании CREOL в Орландо, где работал над фотонными управляющими системами для фазовых дифракционных решеток. В 1996 году он поступил на рабо-
ту в компанию Bell Laboratories, Lucent Technologies (теперь — OFS) и работает над ис-
следованиями и разработкойволоконных световодов. Он спроектировал и запустил в
производство новые волоконные световоды и получил несколько патентов США.
Виктор Р. Копп (Victor I. Kopp) Виктор Р. Копп является руководителем научно-исследовательских работ в компании Chiral Photonics, Inc. Он получил степень
доктора (PhD) в области лазернойфизики в Институте оптики имени Вавилова,
Санкт-Петербург, Россия, в 1999 году. В 1999 году, работая доцентом в колледже
Queens Сollege of CUNY он, совместно с Азриелем Генаком, создал научную основу
для компании Chiral Photonics, Inc. и стал соучредителем компании. Его научный
интерес включает распространение вол
Алексис Мендез (Alexis Mendez) Доктор Алексис Мендез, президент и основатель компании MCH Engineering LLC, консалтинговойфирмы, специализирующейся на технике измерения волоконных световодов. Доктор Мендез имеет более чем 20-летний опыт
работы в технике волоконных световодов, датчиков и контрольно-измерительных приборов. До основания компании МСН, Доктор Мендез занимал различные руководящие должности в области оптическойсвязи в Кремниевойдолине. Он был руководи-
телем Группы Лаборатории по волоконно-оптическим датчикам в компании ABB Corporate
Research (США), где проводил исследования и разработку датчиков для нефтянойи газовойпромышленности, электроэнергетики и обработки производственных
данных. Он был разработчиком датчиков давления и температуры на основе брэгговских решеток, волоконно-оптических датчиков высокого напряжения и тока и др. Он
также проводил исследования по изучению влияния кислорода на волокна.
Доктор Мендез написал более 45 научных работ, является держателем четырех патентов США и лауреатом конкурса R&D 100 award. Он также является председателем
МеждународнойКонференции по волоконным датчикам (OFS-18). Доктор Мендез
получил степень доктора (PhD) в области электротехники в Университете Брауна.
Т.Ф. Морзе (T.F.Morse) Т.Ф.Морзе получил степень Бакалавра (BA) в области литературы в 1953 году и Магистра (МА) истории в 1954 году в Университете Дюка. Он
был членом совета Международного Института образования в Кельнском Университете, Германия, в 1954—1955 году (история, политология). С 1956—1959 работал в
компании Pratt & Whitney Aircraft в Хартфорде, штат Коннектикут, и в это время получил степень Бакалавра (ScB) (механика) в Университете Хартфорда и степень Магистра (MSc) (механика) в Политехническом институте Ренсселаера в Хартворде. В
1961 году, после окончания аспирантуры в Университете Northwestern, он получил
звание доктора (PhD) по специальности механика. С 1961 по 1963 год он был старшим научным сотрудником в компании ARAP в г. Принстон, штат Нью-Джерси, где
он работал над решением теоретических задач механики жидкостей. Будучи профессором технических наук в Университете Брауна, г. Провиденс, штат Род-Айленд
(1963—1999) он был директором лаборатории по световоднойтехнике и в 1969—
1970 году старшим научным сотрудником в исследованиях по программе Фулбрайта
в Немецком исследовательском институте радиовещания. С 1999 года он служил в
Бостонском Университете в качестве профессора по электротехнике и вычислительнойтехнике и был Директором лаборатории по световоднойтехнике. Он автор более
120 научных работ и имеет пять патентов. В круг его научных интересов и сферу деятельности входит обработка волокна, стекловолоконные материалы, волоконные лазеры и волоконные датчики.
СПИСОК УЧАСТНИКОВ
Моше Бен Дэвид (Moshe Ben-David) Моше Бен-Дэвид получил степень профессора (PhD) физики в Тель-Авивском Университете в Израиле в 2003 году. Он имеет
более чем 10-летнийопыт работы в области разработки электро-оптических систем
для вооруженных сил, связи, развлекательных мероприятийи медицины; в настоящее время сотрудничает с компаниейGlucon Medical. Он автор более 20 научных работ, 4 глав книги и 4 патентов. В круг его научных интересов входят: световоды и
волноводы, взаимодействие лазерных тканей, оптические диагностические методы в
медицине, и распространение света в ткани.
Райан Байс (Ryan Bise) Доктор Райан Байс является членом Технического совета
компании OFS Laboratories в МюррейХил, штат Нью Джерси, бывшего подразделения по изучению волоконных световодов компании Bell Laboratories, Lucent Technologies.
Область его исследования включает изготовление и проектирование микро-
структурных оптических волокон. Доктор Браун изучал химию в Колледже UCLA и
Университете UC Беркли (Berkeley).
Владимир А. Богатырев (Vladimir Bogatyrev) В 1972 году Владимир А. Богатырев
закончил МосковскийФизико-технологическийинститут. С 1972 по 1982 год занимался исследованиями мощных лазеров, легированных неодимом, в Физическом институте Лебедева РАН. С 1982 года круг его интересов переместился в область техно-
логийволоконных световодов и связанных с этим вопросов (процесс вытягивания
лазера, свойства полимеров и герметических покрытий, сила и усталость волоконных
световодов). В настоящее время он работает научным сотрудником Исследовательского центра по волоконнойоптике РАН, Москва, Россия. Его главная научная дея-
тельность касается изучения оптических волокон с металлическим покрытием (техника изготовления и изучение их механических и оптических свойств).
Адриан Картер (Adrian Carter) Доктор Адриан Картер, основатель и Главный специалист компании Nufern. До этого он был ассистентом профессора в лаборатории
по световоднойтехнике в Университете Брауна. Доктор Картер был старшим научным сотрудником Центра волоконно-оптическойтехники в Сиднее, Австралия, где
работал над проектированием и изготовлением новых волоконных световодов, будучи также научным сотрудником Технического Университета в Гамбурге-Харбурге,
Германия. Он получил степень доктора (PhD) на кафедре физики и теоретической
химии и бакалавра (BS) по математике и химии в Университете Сиднея, в котором
он в настоящее время является также почетным научным сотрудником.
Каи Х.Чанг (Kai Chang) С 2005 года Каи Х. Чанг был техническим руководителем в компании Heraeus Tenevo, США. С 1986 по 2005 год он работал в компании
Bell Laboratories AT & T/Lucent Technologies/OFS в г.Норерос, штат Джорджия и
был техническим руководителем группы по MCVD-технике и заслуженным изобретателем. Каи работал над механизмами оптических потерь в кремниевых волокнах
и был одним из первых, кто разработал волокно zero-OH AllWave ®. Каи получил
степень доктора (PhD) в области физики в Университете в Торонто в 1984 году и с
1984 по 1986 год работал научным сотрудником в области физики в компании Caltech.
Аза Клэссон (Asa Claesson) Аза Клэссон получила степень магистра (MS) в облас-
ти материаловедения в Университете в г. Упсала, Швеция, в 1977 году и с тех пор
активно участвует в разработке компонент оптического волокна, а также специаль-
ных волоконных световодов. Она является автором более 120 научных работ, 4 па-
тентов и 2 глав книги. В настоящее время она работает менеджером в компании Acreo
Fiberlab в Швеции.
Джеймс П. Кларкин ( James Clarkin) Джеймс П.Кларкин является вице-президентом по развитию бизнеса в компании Polymicro Technologies, LLC. Джеймс Кларкин
имеет 20-летнийопыт в проектировании, эксплуатации и изготовлении всех типов
оптических волокон. До поступления на работу в Polymicro, в 1998 году, Джеймс работал в течение 12 лет в компании Ensign Bickford/Spectran Corporation в качестве
технического менеджера и менеджера по производству. Работая в Spectran, Джеймс
руководил разработкойи производством специального волоконного световода и кабеля. Джеймс имеет степень бакалавра (BS) химии, магистра (MS) в области материаловедения и МВА в Политехническом институте Ренесселаера.
Андре Крото (Andre Croteau) Андре Крото получил степень магистра (MSс) в области физики в Королевском (Queen`s) Университете в г. Кингстоне, провинция Онтарио в Канаде в 1986 году. С 1986 по 1988 год Андре занимался исследованиями в
лаборатории по фундаментальным исследованиям компании NEC в Японии, где он
работал над созданием электрооптических тонких пленок. В 1988 году Андре поступил на работу в INO в качестве научного сотрудника в программе специальных волоконных световодов; там же в 1998 году стал менеджером. Его основная исследовательская деятельность включает разработку активных волокон, легированных редкоземельными элементами, микроструктурированных волокон и светочувствительных волокон. Он опубликовал более 20 научных работ и получил 3 патента.
Дэвид Дж. ДиДжованни (David J. DiGiovanni) Дэвид ДиДжованни является президентом OFS Laboratories LLC, центральнойисследовательскойорганизации OFS. Дэвид начал свою карьеру с должности научного сотрудника в отделе по изучению волоконных световодов в компании Bell Laboratories и был переведен из AT&T в Lucent,
а затем в OFS, которые, по существу, являются однойи тойже организацией.
Он работал над различными проблемами, связанными с проектированием и изготовлением оптических волокон и внес значительныйвклад в работы по оптическому во-
локну, легированному эрбием, для усилителей, мощным усилителям и лазерам, рамановскому усилению и оптическим компонентам. Дэвид получил несколько научных степенейв Университете Брауна, включая доктора по механике (PhD). Он член
IEEE и член общества OSA.
Крис Эмсли (Chris Emslie) Доктор Крис Эмсли является директором компании Fibercore
Limited. Он начал свою карьеру в области волоконнойоптики в 1982 году на
опытном производственном предприятии Корнинга в г. Уилмингтоне, штат Северная Каролина. Он получил степень доктора на кафедре волоконнойоптики в Саутгемптонском Университете (Великобритания). Темойего диссертации было изготовление полимерного волокна с малыми потерями, которую он готовил под руководством профессора Алека Гэмблинга и профессора Дэвида Пэйна. Доктор Эмсли уехал
из Саутгемптона в 1978 году и занялся коммерческойдеятельностью в компании по
fledgling оптическим компонентам, Йорк, VSOP, и в 1989 году занялся своим бизнесом по разработке волоконных световодов. Впоследствии на базе этого бизнеса была
создана компания Fibercore Limited.
Пьер Ивес Фоньяллаз (Pierre-Yves Fonjallaz) Пер-Ивус Фоньяллаз получил степень магистра (MSc) в области физики и степень доктора (PhD) (волоконные решетки Брэгга) в Швейцарском федеральном институте технологий в Лозанне в 1990 и
1995 году. В 1996 году после аспирантуры в КТН он начал работу в Acreo AB (Швеция). Он стал руководителем группы по волоконно-оптическим компонентам (2000).
В 2003 году он был назначен директором компании Kista Photonics Research Centre
(KPRC) и координировал сотрудничество Acreo c Королевским институтом технологии (КТН) по вопросам стекловолоконнойоптики. В 2004 году был организатором
ряда семинаров и конференций, таких например, как ЕСОС.
Израель Ганнот (Israel Gannot) Профессор Израель Ганнот получил степень доктора
(PhD) в области биомедицины в Тель-Авивском университете, Тель-Авив, Израиль, в
6
1994 году. С 1994 по 1997 год он занимал должность старшего научного сотрудника в
НациональнойАкадемии Наук. С 1977 года преподавал в Тель-Авивском Университете, а с 2005 года работал профессором биомедицины в Университете Джорджа Вашингтона. Профессор Ганнот член совета американского Института Медицины и биологии. Он автор более 100 научных работ, 6 глав книги и 10 патентов. Область его иссле-
дованийвключает: волоконные световоды и волноводы, взаимодействие лазера с тканью, методы оптическойдиагностики и биомедицинская информатика.
Азриель З. Генак (Azriel Z. Genack) Азриель Генак является заслуженным профессором физики в Королевском колледже CUNY, в котором он работал с 1984 года. Он
получил степень Бакалавра (ВА) в Колумбийском колледже и степень доктора (PhD)
в области физики в Колумбийском Институте. После получения степени он работал
доцентом в колледже City CUNAY, а затем в исследовательскойлаборатории IBM в
Сан-Жозе. С 1977 по 1984 год работал научным сотрудником в Exxon Corporate Research
Laboratories. Он был соучредителем компании Chiral Photonics, основаннойв
1999 году. Круг его исследованийвключает фотонику хиральных структур и статистику распространения и локализации оптическойи микроволновойрадиации в случайных средах.
Джеймс Харрингтон (James A. Harrington) Джеймс А. Харрингтон, профессор Ceramic
Science and Egineering в Университете Рутгерса. Доктор Харрингтон имеет более
чем 30-летнийопыт научных исследованийIR-материалов и волокон и является
изобретателем полых сапфировых и полых стекловолокон. Он признан одним из ведущих специалистов в мире в этойпостоянно развивающейся области. До работы в
программе по исследованиям волоконно-оптических материалов в Университете
Рутгера в 1989 году, он был Директором Infrarared Fiber Operations for Heraeus LaserSonics, а до этого, был программным менеджером по IR-волоконнойоптике в Hughes
Research Laboratories в Малибу, штат Калифорния.
Хуан Хернандез Кордеро (Juan Hernandez-Cordero) Доктор Хуан Хернандес-Кордеро получил степень бакалавра (BsC) электротехники в Национальном автономном
Университете в Мехико (UNAM) в 1992 году. Ему была присуждена полная стипендия на прохождение обучения в Университете Брауна, в котором он получил степень
магистра (1966) и степень доктора (PhD) (1999) на факультете прикладных наук. После года работы в качестве доцента в Лаборатории по световоднойтехнике в Университете Бостона он перешел в ИсследовательскийИнститут по материаловедению
(IIM) при UNAM, где организовал Лабораторию по волоконным лазерам и волоконным датчикам. Область его интересов включает волоконные датчики, волоконные
лазеры и волоконные устройства.
Михай Ибанеску (Mihai Ibanescu) МихайИбанеску получил степень бакалавра
(BS) и доктора (PhD) физики в Массачусетском Технологическом Институте в 200 и
2005 году. С 2005 по 2006 год он работал доцентом в исследовательскойгруппе Профессора Джона Йоннапоулоса при МТ. В течение 200—2001, и с 2006 года он работал
в компании OmniGuide Inc. В Кембридже, штат Массачусетс. Область его научных
интересов включает фотонные кристаллы, фотонные band gap волокна и волокна с
полойсердцевиной .
Анна Клер Жакоб Поулин (Anne Claire Jacob Poulin) Анна Клер Жакоб Поулин поступила на работу в INO научным сотрудником в 2000 году после получения степени
доктора (PhD) физики в Центре оптики, фотоники и лазеров Лавальского Университета, Квебек, Канада, и степень магистра (MSc) физики в Центре молекулярнойфизики, Университет I в Бордо, Франция. Вначале она работала в области связи по
изучению изготовления пассивных оптических компонентов со светочувствительными волокнами и разработке волоконных усилителейс волокнами, легированными
фторидом. В настоящее время она работает над изготовлением и применением фотонных устройств для датчиков в сельском хозяйстве и биомедицине.
7
Стивен А. Якобс (Steven A. Jacobs) Стивен Якобс возглавляет Группу системотехники в компании OmniGuide Inc., где он ведет разработку новых медицинских систем для минимально инвазивнойлазернойхирургии на основе фотоннойband-gap
волоконнойтехники компании OmniGuide. До этойпозиции он возглавлял Группу
по теории и моделированию. Он получил степень бакалавра (BS) в MIT и степень
доктора (PhD) физики в Университете в Висконзине. До поступления в компанию
OmniGuide в 2001 году, доктор Якобс был почетным членом технического персонала
в компании Bell Laboratories. Его профессиональныйинтерес включает вычислительные электромагнитные методы и использование вычислительных и статистических
методов для повышения производительности и усовершенствования процесса.
Стивен Г. Джонсон (Steven G. Johnson) Стивен Г. Джонсон получил степень доктора
(PhD) на кафедре физики в MIT (МассачусетскийтехнологическийИнститут). В настоящее время он работает в MIT доцентом по прикладнойматематике, а также консультантом в компании OmniGuide Inc. Он написал несколько широко используемых,
бесплатных пакетов программного обеспечения, включая пакет МРВ для решения фотонных собственных мод и библиотеку быстрых преобразованийФурье (FFTW) (за которую он получил премию Дж Х. Уилкинсона в 1999 году). В 2002 году Клувер издал
его докторскую диссертацию как книгу, Фотонные кристаллы: Путь от теории к практике. Его научныйинтерес включает разработку новых полу-аналитических и числовых методов для электромагнетизма в системах с высоким показателем контрастности.
Джинки Ким (Jinkee Kim) Джинки Ким получил степени бакалавра (BS) и магистра
(MS) в области электротехники в Сеульском национальном Университете и степень
доктора (PhD) в области электротехники и вычислительнойтехники в Технологическом Институте в Джорджии. Его докторская работа была посвящена интегральной
оптике, 100 Гбит/с — связи и цифровойобработке двнных. Он работал научным сотрудником в компании CREOL в Орландо, где работал над фотонными управляющими системами для фазовых дифракционных решеток. В 1996 году он поступил на рабо-
ту в компанию Bell Laboratories, Lucent Technologies (теперь — OFS) и работает над ис-
следованиями и разработкойволоконных световодов. Он спроектировал и запустил в
производство новые волоконные световоды и получил несколько патентов США.
Виктор Р. Копп (Victor I. Kopp) Виктор Р. Копп является руководителем научно-исследовательских работ в компании Chiral Photonics, Inc. Он получил степень
доктора (PhD) в области лазернойфизики в Институте оптики имени Вавилова,
Санкт-Петербург, Россия, в 1999 году. В 1999 году, работая доцентом в колледже
Queens Сollege of CUNY он, совместно с Азриелем Генаком, создал научную основу
для компании Chiral Photonics, Inc. и стал соучредителем компании. Его научный
интерес включает распространение вол