Разрушение волоконных световодов под действием лазерного излучения

В связи с широким использованием волоконных оптических усилителей мощности излучения, передаваемые по одному волоконному световоду приближаются к уровню одного Ватта. Этого оказывается достаточно для поддержания распространения волны разрушения по волоконным световодам.

В волоконных световодах на основе кварцевого стекла под действием лазерного излучения по сердцевине распространяется волна оптического разряда. Внешне это явление выглядит следующим образом: при определенных условиях в области сердцевины световода возникает область белого или голубоватого свечения (маленькая «звездочка» – волна оптического разряда), которая движется по световоду со скоростью порядка 1м/с навстречу лазерному излучению. После прохождения волны световод внешне выглядит неповрежденным, однако в его сердцевине образуются полости (или пузыри) размером порядка нескольких микронов. Процесс может быть инициирован загрязнением торца световода, контактом торца световода с металлической поверхностью, нагреванием участка световода в электрической дуге. Пороговая интенсивность лазерного излучения, при которой возникает волна оптического разряда, зависит от диаметра сердцевины оптического световода (от диаметра поля моды) и излучения с разными длинами волн.

Иным образом выглядит процесс разрушения волоконных световодов на основе халькогенидного и флюоридного стекол. После инициирования процесса разрушения этих световодов не наблюдалось формирования волн оптического разряда, а происходило полное разрушение этих световодов (включая сердцевину, оболочку и иногда защитную полимерную оболочку) по всему поперечному сечению. При мощностях лазерного излучения, близких к пороговым, полимерная оболочка не разрушалась и продукты разрушения сердцевины и оболочки оставались в ней.

При повышении мощности оптического излучения повышается температура на поверхности световода и может достигать температуры стеклования для халькогенидного (185°С) и флюридного (265°С) стекол, что ведет к снижению механической прочности световодов и к невозможности поддерживать высокое давление в плазме оптического разряда, что необходимо для распространения волны оптического разряда.

Разрушение световодов под действием лазерного излучения ограничивает рост мощности в волоконных линиях связи. В одномодовых световодах на основе кварцевых стекол с диаметром сердцевины 10 мкм максимальная мощность ограничена значением 1,5Вт, а у световодов на основе халькогенидного и флюоридного стекол мощность на порядок меньше.