Inżynieria Fotoniczna

Transkrypt

1 Inżynieria Fotoniczna

2 Politechnika Warszawska Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Program Priorytetowy Badań Własnych Inżynieria Fotoniczna

3 Inżynieria Fotoniczna Ryszard Romaniuk, Jan Dorosz Instytut Systemów Elektronicznych PW Huta Biaglass oraz Politechnika Białostocka Opracowanie Technologii Światłowodów Włóknowych o Eliptycznym Kształcie Rdzenia

4

5

6

7 Zrealizowane zgłoszenia o światłowody kształtowane (wielordzeniowe, niskowymiarowe i eliptyczne) Kilka zespołów badawczych na Politechnice Warszawskiej, Politechnika Białostocka, Politechnika Lubelska, Politechnika Szczecińska, Politechnika Wrocławska, Politechnika Opolska, Politechnika Świętokrzyska, Wojskowa Akademia Techniczna, WITiU/Zielonka, Instytut Maszyn Przepływowych, Instytut Optyki Stosowanej, Instytut Maszyn Budowlanych, Technical University of Eindhoven, Univ.Twente Enschede, Helsinki Institute of Physics, State University of Washington at Bellingham Red Bank, Morristown, Crawford Hill, (NJ)

8 Katalogowe Parametry światłowodów eliptycznych Zakres przezroczystości - 0,35μm-1,35μm; Współczynnik tłumienia dB/km; Apertura Numeryczna - 0,1-0,5; Średnica włókna - 35, 45, 50, 55, 100, 125μm; Wymiary rdzenia μm; Stopień eliptyczności 1:1,2; 1:1,5; 1:2; 1:5; Izolacja optyczna (płaszcz pośredni) μm; Długość próbek włókna - 1, 3, 5m; Stabilność wymiarów L=10m, 1% Pokrycie zewnętrzne włókna - lakier termoutwardzalny, polimer grubowarstwowy;

9 0. Wstęp 1. Model tworzenia światłowodu o rdzeniu kształtowanym 2. Projekt i konstrukcja stosu tygli 3. Przygotowanie modyfikowanego procesu wielotyglowego

10 4. Właściwości sygnałowe 5. Wpływ parametrów szkła 6. Specyfika pomiarów 7. Możliwości wytwarzania 8. Podsumowanie

11 Krzywe stożkowe Elipsa Definicja kanoniczna x 2 /a 2 +y 2 b 2 =1, a>b Hipotrochoid1 Hipotrochoid2 Hipotrochoid3 Hipotrochoid4 H.5.linia Cyrkiel drążkowy Definicja parametryczna x=acos(t), y=bsin(t) Definicja optyczna Def. numeryczna

12 Elipsa EliptycznyUkład Współrzędnych Siatka elips konfokalnych 1 2 Siatka elips współwierzchołkowych Siatka przeciąć krzywych stożkowych Przecięcie walca Transformacja elipsa koło Podera, Krzywa spodkowa

13

14

15

16

17

18 P s = dv dz [Puaz]=[0,1*Pa*s] P s =F/S, G=d/dt, =x o /h, v o =x o /t, G=v o /h=dv/dz= const

19 p ij p d 2 ij 2 / 3 ' dt dla i=j p ij 2 d dt ij dla ij,

20 Prawo Poisseuilla Q Pr 4 / 8l a / a Q / r p r Q p a - promień rdzenia lub płaszcza, Q - objętościowy przepływ szkła, P - różnica ciśnień w przekroju poprz. dyszy, - lepkość, r, l - promień i długość dyszy

21 Proces tyglowy Q r 4 r ( R g /8 L ) r r h r r h p p Q p R 4 g / 8 L h p p p p p Q S dh / r r r Q S dh / p p p dt dt

22 k 4 R g / 8 A L n n n n n m nk k n m

23 Modelowanie procesu tworzenia światłowodu w metodzie MC d dz 2 Q r 2 d dz dr dz r gdz 2 2 W ro d dz 2 r cos r g 2r Siła ciężkości - napięcie powierzchniowe - 2r lepkość szkła - siła oddziaływania między strumieniem a powietrzem - Równanie pędu dla ustalonego stanu strumienia; Q - objętościowy wypływ szkła, - kąt pomiędzy styczną do strumienia a osią z, - gęstość szkła, g- przyspieszenie ziemskie, T cos

24 Re / /, g p 2 v vv 0

25 x F,, S, p i i c E (l, r, ) - i Lepkość lokalna x S c i

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42 125,4 125,3 125,2 125, ,9 124,8 124,7 124,6 124,5 124,4 124,3 d[um] fiber diameter fluctuations l[m] F

43 F2 125, ,75 124,5 F2

44 125,4 d[um] Fiber diameter fluctuation Normal probability distribution 125,3 125,2 125, ,9 124,8 124,7 F2-controlled multinomial approx.f2 probe percentile 124,

45 100 tensile strength [GPa] high-silica glass fibers (E=72GPa) SLS or SBS glass (E=57GPa) low est-e glass (E=45GPa) low -E glass (E=50GPa) high-e glass (E=80GPa) highest-e glass (E=100GPa) high-silica (gamma=4n/m) SLS (gamma=4n/m) ,1 0, crack length [nm] 10000

46 relative stress to failure spread [%] number of test Data 1 Data 3 Data 2 test series Data 1 Data 2 Data 3

47 [%] Relative stress to failure spread 15 Data 1 number of test

48 Frequency Histogram of tensile strength spread Data 1 data collection (basket)

49 Tabela 1. Szkł a wieloskł adnikowe do wytwarzania ś wiatł owodów kształ towanych metodą MMC. component glass SiO 2 [%w] Al 2 O 3 B 2 O 3 Na 2 O K 2 O PbO BaO CaO GeO 2 LiO 2 MgO ZrO 2 ZnO As 2 O 3 Sb 2 O 3 CeO 2 n d d [10-7 / 0 C] T g [ o C] T s [ o C] [g/cm 3 ] B1 B2 58,8-3,5 3,5 9,9-19,0-4,7 0, , B3 B4 49,7-6,0 4,6 5,0 2,1 19,9-11,4 0,8 0,5-1, B104 49,2-6,0 4,6 5,0 2,6 19,0-11,4 0,5 0,3 0,5 1, BF7 BF8 40,0 1,6 2,0 0,4 3,0 15,0 29,0-8,0 0,5 0,5-1, BLF1 52,8 0,8-2,2 11,0 10,3 14,1-8,0 0,5 0,3-1, BLF2 56,8 0,8-2,5 10,5 6,3 14,0-8,1 0,5 0,5-1, BLF21 2,0 14,0 11,0 1,547 BK1 1, ,46 BK107 68,1-11,0 11,0 6,0-2, ,0-0,5 1, BK7 1, ,51 E [GPa] F1 F2 45, ,6 6,0 45, ,3 0,2-1, FK3 1,465 65, ,27 45,6 K1 K2 K3 69,0-2,0 8,0 11,0 2, ,5 1, , K4 K5 39,6 4,1 15, , ,5 0,5-1, S ,0 13,5 14, ,0 0, , S2 48,4-12,5 9, ,0 2,4 2,4 0, , S3 49,0-6,0 5, ,0 3,4-0, , S4 61,4 1,6 13,5 13, ,0 0, , S5 41,0-6,8 3, ,0 4,4-0, , S6 64,0 3,0 14,4 15, ,6 0,5 0,5-1, S7 30,0 5,0 11,5-2,2-48,0-2,3 0,5 0,5-1, S8 72,0-14,0 9, , ,5 0,5-1, S9 71,0 1,5 5,0 16,8 5, , , SAlS SAlS SAlS SBS1 (clad) 65,0 3,0 14,0 15, , ,519 87,0 2,67 SK12 37,0 1, SLS1 (core) 55,0 15,0 6,0 18,0 5,0 1, ,545 14,9 479 SLS2 (clad) 65,0 17,0 4,0 7,0 5,0 1,0 1,528 14,4 495 SLBS1 (core) 55,0 10,0 15,0 6,0 8,0 5,0 1,0 1,533 14,9 470 SLeS1 (core) 46,0 3,0 6,0 45,0 1,625 85,0 3,62 component glass SiO 2 [%w] Al 2 O 3 B 2 O 3 Na 2 O K 2 O PbO BaO CaO GeO 2 LiO 2 MgO ZrO 2 ZnO As 2 O 3 Sb 2 O 3 CeO 2 n d [10-7 / 0 C] T g [ o C] [g/cm 3 ] E [GPa]

50 Glass type n p 10 7 / 0 K T 0 c soft F2 1, K7 1, BaLF5 1, SW1 1, SW7 1, SW8 1, BaLF1 1, BaLF2 1, SW4 1, BaF8 1,

51

52

53

54 Inżynieria Fotoniczna

55

56

57

58

59 class Ellipse { public: Ellipse(const Point& f1, const Point& f2); double Area(); double Circumference(); Line MajorAxis(); Line MinorAxis(); // and maybe some accessors and mutators. private: Point f1; Point f2; };

60

61

62

63

64

65

66 {0.25, 0.36, 0.46, 0.57, 0.67, 0.78, 0.88, 0.99}

67

68 Katalogowe Parametry Światłowodów Eliptycznych

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83 Odwrócenie elipsy względem ogniska daje zagłębiony ślimak Pascala (konchoida okręgu)

84 Owal Cassiniego

85

86