Inżynieria Fotoniczna

Inżynieria Fotoniczna

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

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

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)

Katalogowe Parametry światłowodów eliptycznych Zakres przezroczystości - 0,35μm-1,35μm; Współczynnik tłumienia - 300-800dB/km; Apertura Numeryczna - 0,1-0,5; Średnica włókna - 35, 45, 50, 55, 100, 125μm; Wymiary rdzenia - 3-15μm; Stopień eliptyczności 1:1,2; 1:1,5; 1:2; 1:5; Izolacja optyczna (płaszcz pośredni) - 5-25μm; Długość próbek włókna - 1, 3, 5m; Stabilność wymiarów L=10m, 1% Pokrycie zewnętrzne włókna - lakier termoutwardzalny, polimer grubowarstwowy;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Modelowanie procesu tworzenia światłowodu w metodzie MC d dz 2 Q r 2 d dz 4 1 2 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

Re / /, g p 2 v vv 0

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

125,4 125,3 125,2 125,1 125 124,9 124,8 124,7 124,6 124,5 124,4 124,3 d[um] fiber diameter fluctuations l[m] F2 1 101 201 301 401 501 601 701 801 901 1001 1101

F2 125,25 125 124,75 124,5 F2

125,4 d[um] Fiber diameter fluctuation Normal probability distribution 125,3 125,2 125,1 125 124,9 124,8 124,7 F2-controlled multinomial approx.f2 probe percentile 124,6 0 20 40 60 80 100

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) 10 1 0,1 0,1 1 10 100 1000 crack length [nm] 10000

relative stress to failure spread [%] 20 15 10 5 0 1 11 21 31 41 number of test 51 61 71 81 91 101 Data 1 Data 3 Data 2 test series Data 1 Data 2 Data 3

[%] Relative stress to failure spread 15 Data 1 number of test 10 5 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Frequency Histogram of tensile strength spread Data 1 data collection (basket) 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

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 0,6 - - 1,540 80 560 B3 B4 49,7-6,0 4,6 5,0 2,1 19,9-11,4 0,8 0,5-1,569 72 602 B104 49,2-6,0 4,6 5,0 2,6 19,0-11,4 0,5 0,3 0,5 1,569 72 602 BF7 BF8 40,0 1,6 2,0 0,4 3,0 15,0 29,0-8,0 0,5 0,5-1,624 70 589 BLF1 52,8 0,8-2,2 11,0 10,3 14,1-8,0 0,5 0,3-1,563 71 570 BLF2 56,8 0,8-2,5 10,5 6,3 14,0-8,1 0,5 0,5-1,548 81 530 BLF21 2,0 14,0 11,0 1,547 BK1 1,510 77 547 2,46 BK107 68,1-11,0 11,0 6,0-2,4 - - 1,0-0,5 1,518 77 560 BK7 1,517 71 559 2,51 E [GPa] F1 F2 45,6 - - 2,6 6,0 45,3 - - - 0,3 0,2-1,620 82 525 FK3 1,465 65,8 82 362 2,27 45,6 K1 K2 K3 69,0-2,0 8,0 11,0 2,0 - - 6,5 1,0 - - 1,518 83 521 K4 K5 39,6 4,1 15,0 - - - 40,3 - - 0,5 0,5-1,589 60 658 S1 61.0 3,0 13,5 14,0 - - - - 8,0 0,5 - - 1,522 85 585 S2 48,4-12,5 9,8 - - 24,0 2,4 2,4 0,5 - - 1,574 79 680 S3 49,0-6,0 5,2 - - 36,0 3,4-0,5 - - 1,604 85 750 S4 61,4 1,6 13,5 13,0 - - - - 10,0 0,5 - - 1,523 93 590 S5 41,0-6,8 3,3 - - 44,0 4,4-0,5 - - 1,616 85 760 S6 64,0 3,0 14,4 15,0 - - - - 2,6 0,5 0,5-1,520 87 580 S7 30,0 5,0 11,5-2,2-48,0-2,3 0,5 0,5-1,613 83 585 S8 72,0-14,0 9,0 - - 4,0 - - 0,5 0,5-1,515 90 610 S9 71,0 1,5 5,0 16,8 5,2 - - - - 0,5 - - 1,513 93 605 SAlS1 80 8 12 550 SAlS2 60 20 20 SAlS3 40 20 40 SBS1 (clad) 65,0 3,0 14,0 15,0 - - - - - - - - 3,0 - - - 1,519 87,0 2,67 SK12 37,0 1,583 64 SLS1 (core) 55,0 15,0 6,0 18,0 5,0 1,0 - - 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]

Glass type n p 10 7 / 0 K T 0 c soft F2 1,620 86 525 K7 1,511 82 610 BaLF5 1,567 81 575 SW1 1,522 85 585 SW7 1,613 83 585 SW8 1,515 90 610 BaLF1 1,563 71 570 BaLF2 1,548 81 580 SW4 1,523 93 590 BaF8 1,624 70 530

Inżynieria Fotoniczna

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; };

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

Katalogowe Parametry Światłowodów Eliptycznych

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

Owal Cassiniego