О влиянии коэффициента линейного температурного расширения материалов защитно-упрочняющего многослойного покрытия на оптические характеристики волокна типа Panda

Автор: Анна Александровна Каменских

Соавторы: Труфанов Александр Николаевич, Лесникова Юлия Игоревна

Организация: Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Сейчас трудно представить нашу жизнь без волоконной оптики, ведь оптические волокна вошли во многие сферы нашей жизни. По всему миру изготавливают миллиарды километров различных типов волокон в год, и каждое волокно проходит множество испытаний, прежде чем попасть к потребителю. На ПАО «ПНППК» (Пермь) изготавливают анизотропное одномодовое оптическое волокно типа Panda. Оно используется для изготовления чувствительного контура волоконно-оптического гироскопа, рабочий диапазон температур которого составляет °C.

Чтобы волокно соответствовало заявленным требованиям, в технологии изготовления предусмотрены различные испытания. В рамках одного из таких испытаний волокно с натягом наматывается на алюминиевую катушку и подвергается термоциклированию, во время которого контролируются оптические характеристики.

Оптическое волокно типа Panda (рис. 1) – это гетерогенная конструкция из кварцевых стекол и двухслойного УФ-отверждаемого полимерного защитно-упрочняющего покрытия (ЗУП). В условиях нарушения термостатики на оптические и деформационные характеристики такой конструкции могут влиять различные факторы, например, существенное отличия коэффициентов линейного температурного расширения (КЛТР) как внутри кварцевой части волокна, так и с материалами ЗУП. Поэтому правильный учет физических свойств этих материалов очень важен для понимания процессов, происходящих в волокне.

Некоторые исследования [1], связанные с определением деформационных и оптических характеристик волокон, рассматриваются в рамках значительных упрощений геометрической конфигурации: без учета геометрии сечения, с использованием осредненных свойств и т.д.

В рамках предварительного анализа было выполнено исследование влияния термосилового воздействия на напряженно-деформированное состояние в анизотропном волокне и на его оптические характеристики, при однорядной силовой намотке на алюминиевую катушку при циклическом изменении температуры по заданному закону в диапазоне от -60 до 60 °C при постоянных значениях КЛТР ЗУП.

Известно, что на термомеханические свойства полимеров существенно влияет изменение температуры [2]. В данной работе была учтена зависимость КЛТР материалов ЗУП от температуры. Установлено влияние зависимости КЛТР материалов ЗУП от температуры на работу конструкции оптического волокна типа Panda: деформационные и оптические характеристики в центре светопроводящей жилы.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научного проекта № 20-48-596009.

1. Есипенко И.А., Лыков Д.А. Численный расчет и экспериментальная верификация фиктивной угловой скорости волоконно-оптического гироскопа при нестационарном температурном воздействии на его контур // Вычислительная механика сплошных сред. 2017. Т. 10. № 3. С. 313-323.

2. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров: Учебное пособие. М.: Высшая школа. 1983. – 391 с.