Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СБОРКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ ДЛЯ СРЕДНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

Работа №102799

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

технология производства продукции

Объем работы24
Год сдачи2019
Стоимость2200 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
105
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, Scopus и Web of Science:

Актуальность темы исследования. Регулярные оптические волоконные сборки представляют собой массивы упорядоченно упакованных одиночных оптических волокон или многожильные оптические волокна с регулярным размещением, в которых каждый волоконный элемент является световедущим. В настоящее время разработано несколько видов волоконных сборок для среднего инфракрасного (ИК) диапазона: сборки из халькогенидных, галогенидсеребряных (поликристаллических) и полых волокон [1-5]. Функциональные свойства сборок значительно различаются от вида к виду, но все они обладают рядом общих недостатков, таких как большие оптические потери по длине сборки, перекрестные помехи, снижающие контрастность изображения, малое пространственное разрешение. Сборки из халькогенидных волокон имеют пики поглощения в области прозрачности, неудовлетворительные механические свойства и низкую температуру размягчения, а сборки из полых волокон - ограничения по длине и минимальному диаметру волокон, связанному с высокими оптическими потерями.
Существует большая потребность в эффективных волоконных сборках, предназначенных для передачи излучения в диапазоне 2 - 50 мкм и востребованных для применения в промышленной и медицинской термографии, ИК микроскопии и спектроскопии, в качестве канала доставки лазерного излучения, что является весьма актуальной задачей.
Первые работы по волоконным сборкам на основе двуслойных световодов, получаемых методом экструзии из кристаллов системы АдС1 - АдВг, опубликованы в работе [4]. Сборки прозрачны без окон поглощения в спектральном диапазоне от 2 до 18 мкм, нетоксичны, негигроскопичны, обладают прекрасными механическими свойствами - гибкие и пластичные, но их геометрические параметры хуже, чем для полых и халькогенидных волоконных сборок. Это связано с технологией изготовления сборок методом многостадийной экструзии двуслойных световодов, что приводит к формированию неровной границы раздела «световод-матрица» (матрица образуется за счет оболочек двуслойных световодов). Это, в свою очередь, вызывает ухудшение функциональных характеристик сборок.
В связи с разработкой новых технологий изготовления ИК волоконных сборок на основе галогенидсеребряных, в том числе модифицированных световодов, расчет, моделирование, изготовление и комплексное изучение функциональных свойств (изучение поляризации света, формирование и обработка оптических изображений, детектирование излучения) является актуальной научно-технической задачей, соответствующей паспорту специальности 01.04.05 - Оптика.
Степень разработанности темы исследования. Работа выполнялась согласно: программе развития Уральского федерального университета им. Б.Н. Ельцина на 2010 - 2020 гг. п.п. 2.2.3 - создание и развитие инновационно¬внедренческих центров; Единому государственному заказу по темам: «Создание и изучение свойств новых органических и неорганических материалов на основе монокристаллических, гетероциклических и макроциклических соединений» (№ гос. регистрации Н687.42Б.037/14, Н687.42Б.005/17); Всероссийской программе
поддержки коммерчески ориентированных научно-технических проектов молодых ученых У.М.Н.И.К.: 2011 - 2013 гг., проекты № 14151, № 17179 «Моделирование, синтез, изготовление новых кристаллов и ИК-световодов на основе твердых растворов AgBr - (КРС-5)»; Международной программе мобильности «Erasmus +» 2018 г. (Лимерикский университет, Ирландия).
Профессор д.т.н. Л.В. Жукова стояла у истоков создания поликристаллической компонентной базы для оптики и фотоники среднего ИК диапазона (2-50 мкм), в то время, как на развитие технологии поликристаллических световодов большое влияние оказала научная школа академиков Е.М. Дианова и Г.Т. Петровского. Разработка регулярных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов (система AgCl - AgBr), помимо научного коллектива инновационно-внедренческого центра «Центр инфракрасных волоконных технологий» (ИВЦ «ЦИВТ») при Уральском Федеральном Университете, проводится двумя научными группами - Тель-Авивского университета под руководством профессора А. Кацира (Израиль) [4] и коллективом компании Art-Photonics под руководством В.Г. Артюшенко (Германия) [6].
Цель работы. Разработка научных основ технологии изготовления волоконно-оптических сборок высокого разрешения на основе галогенидсеребряных, в том числе модифицированных световодов, работающих в среднем инфракрасном диапазоне и исследование их функциональных свойств.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести численное моделирование волоконных сборок для работы в среднем ИК диапазоне спектра с целью выявления и достижения высокого пространственного разрешения и низких перекрестных помех.
2. Разработать технологии изготовления миниатюризированных регулярных ИК волоконных сборок двух типов: с сетчатой укладкой массива световодов в единую матрицу и с гексагональной укладкой механически собранных однослойных световодов минимального диаметра; смоделировать и изготовить ИК волоконные сборки двумя способами.
3. Исследовать функциональные свойства ИК волоконных сборок: диапазон пропускания, оптические потери, включая затухание по длине единичного волокна и потери на изгиб, пространственное разрешение, перекрестные помехи, модовое распределение на длине волны СО2 лазера (10,6 мкм) в дальнем поле, поляризационные свойства, влияние нагрева волоконных сборок на искажение передаваемого сигнала.
4. Экспериментально доказать применимость и востребованность многофункциональных волоконных сборок для использования в промышленной и медицинской ИК-термографии.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые решены задачи:
1. Применяя программные пакеты SMTP и COMSOL Multiphysics, реализующие модернизированные методы моментов и конечных элементов, соответственно, проведено численное моделирование структуры, состава и режимов работы в диапазонах длин волн 8 - 14 мкм, 9,2 - 9,4 мкм и 10,6 мкм волоконных сборок на основе световодов, получаемых методом экструзии из кристаллов твердых растворов систем AgCl - AgBr, AgBr - TlI и AgBr - (КРС-5). Установлена взаимосвязь количества единичных волокон в сборке с величиной перекрестных помех.
2. Смоделированы и изготовлены волоконные сборки с гексагональной укладкой механически собранных световодов с рекордно малым диаметром - 110 мкм состава AgClo,25Bro,75 и длиной 3 м для работы в спектральном диапазоне 2 - 20 мкм. Заявка на изобретение № 2019104278 от 15.02.2019.
3. Смоделированы и изготовлены новые волоконные сборки сетчатой структуры для работы на длине волны 10,6 мкм, состоящие из 49 единичных волокон состава AgCl0,5Br0,5, помещенных в единую матрицу состава AgCl0,75Br0,25 диаметром 1120 мкм.
4. На основании моделирования получен новый класс регулярных ИК волоконных сборок гексагональной структуры при механической сборке однослойных световодов на основе систем AgBr - TlI и AgBr - (КРС-5), что позволило расширить диапазон пропускания до 25 мкм и создать волоконные сборки, устойчивые к фото- и радиационному излучению. Заявка на изобретение № 2019104333 от 15.02.2019.
5. Исследованы функциональные свойства ИК волоконных сборок: диапазон оптической прозрачности составляет от 2,0 до 20,0 - 25,0 мкм, в зависимости от состава, оптические потери по длине (X = 10,6 мкм) равны 0,4 дБ/м для сборок, полученных механической укладкой, и 5,0 дБ/м для сборок с единой матрицей, перекрестные помехи составляют 5% для сборок с механической укладкой, пространственное разрешение сборок соответствует размеру единичного световода (110 мкм). Обнаружено, что волокна в сборке проявляют поляризационные свойства.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Теоретически рассчитаны, с помощью специализированных компьютерных программ по моделированию, оптимальные структуры регулярных волоконных сборок, работающих на длинах волн 9,2 - 9,4 мкм, 10,6 мкм и 8 - 14 мкм; достоверность расчетов подтверждена экспериментально.
2. Теоретически найден частный случай зависимости перекрестных помех от количества единичных волокон в сборке с гексагональной укладкой и общей матрицей, для работы в диапазоне длин волн 9,2 - 9,4 мкм;
3. Разработан стенд для измерения оптических потерь, в том числе на изгиб и распределения дальнего поля излучения СО2 лазера (10,6 мкм) прошедшего сборку, а также стенд для измерения перекрестных помех.
4. Впервые изучены поляризационные свойства галогенидсеребряных световодов и волоконных сборок. Установлена линейная зависимость детектируемой температуры от нагрева дистального конца волоконной сборки, исключаемая с помощью соответствующего программно-аппаратного обеспечения.
5. Разработан полный технологический цикл изготовления волоконных сборок, включающий синтез высокочистой однофазной шихты гидрохимическим методом (термозонной кристаллизации-синтеза), выращивание монокристаллов (патент РФ №. 2495459), получение заготовок и преформ, экструзия световодов (положительное решение по заявке на патент РФ № 2018112863) и готовых волоконных сборок.
6. Для получения световодов рекордно малого диаметра (100 - 110 мкм) (Рисунок 8) разработана и изготовлена специальная оснастка.
7. Разработано два новых способа изготовления регулярных ИК волоконных
сборок сетчатой и гексагональной структуры. Сборки сетчатой структуры получают комбинированным способом, включающим горячее прессование
монокристаллических пластин, укладку их в штабель, формирование сложной преформы и экструзию волоконных сборок (Рисунок 6). Химические составы волокон и матрицы подобраны в соответствии с проведенным моделированием. Способ позволяет достичь четкой границы раздела волокна и матрицы. Второй способ включает гексагональную укладку механически собранных однослойных световодов, отвечающих смоделированным составам систем AgCl - AgBr, AgBr - TlI и AgBr - (КРС-5) (Рисунок 8).
8. Доказана пригодность разрабатываемых многофункциональных волоконных сборок для использования в промышленной и медицинской термографии - произведена апробация новых волоконных сборок в системах данного назначения. Оформлены две заявки на изобретение «способы получения ИК волоконных сборок на основе галогенидсеребряных и модифицированных световодов.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Stability of MIR transmittance of silver and thallium halide optical fibres in ionizating в- and y-radiation from nuclear reactors / Korsakova, E., Lvov, A., Salimgareev, D., Korsakov, A., Markham, S., Mani, A., Silien, S., Syed, T.A.M., Zhukova, L. // Infrared Physics and Technology. - 2018. - Vol. 93. - P. 171-177 (0,412 п.л. / 0,046 п.л.).
2. Thermal imaging by means of IR-fiber bundle for medical applications / Korsakova, E.A., Zhukova, L. V., Korsakov, A. S., Shmygalev, A.S., Korsakov, M.S. // 18th International Conference on Laser Optics 2018. St. Petersburg, Russia. - 2018. -Р. 529 (0,059 п.л./ 0,015 п.л.).
3. Simulation of photonic crystal fibers at a wavelength of 5.75 pm / Zhukova, L. V., Korsakov, A. S., Korsakova, E.A., Lashova, A.A. // 18th International Conference on Laser Optics 2018. St. Petersburg, Russia. - 2018. - P. 375 (0,059 п.л./ 0,015 п.л.).
4. Structure modeling and growing AgClxBn-x, Ag1-xTlxBr1-xIx, and Ag1-xTlxClyIzBr1-y- z crystals for infrared fiber optics / Korsakov, A., Zhukova, L., Korsakova, E., Zharikov, E. // Journal of Crystal Growth. - 2014. - Vol. 386. - P. 94-99 (0,353 п.л. / 0,088 п.л.).
5. Investigating the properties of infrared PCFs based on AgCl-AgBr, AgBr-TlI, AgCl- AgBr-AgI(TlI) crystals theoretically and experimentally / Korsakov, A.S., Zhukova, L.V., Vrublevsky, D.S., Korsakova, E.A. // Optics and Spectroscopy (English translation of Optika i Spektroskopiya). - 2014. - Vol. 117. - No. 6. - P. 960-963 (0,235 п.л. /0,059 п.л.).
6. Thermodynamic research of the crystals of AgBr-TlI system and obtaining of infra-red light conductors with nanocrystallic structure, based on these crystals / Korsakov, A.S., Zhukova, L.V., Korsakova, E.A., Zhukov, V.V., Korsakov, V.S. // Tsvetnye Metally. - 2013. - Vol. 4. - P. 62-66 (0,294 п.л. / 0,059 п.л.).
Патенты РФ:
Одномодовый кристаллический инфракрасный световод: положительное решение от 17.01.2019 по заявке на патент Рос. Федерации 2018112863 от 09.04.2018. / А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, Е.А. Корсакова, А.А. Лашова, М.С. Корсаков; заявитель ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».
Оптический монокристалл: пат. 2495459 Рос. Федерации, МПК G02B1/02. / А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, Н.Е. Терлыга, Е.А. Корсакова, B.C. Корсаков; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», заявл. 11.05.2012: опубл. 10.10.2013.
Кроме того, другие издания:
9. IR thermographic system supplied with an ordered fibre bundle for investigation of power engineering equipment and units / Korsakova, E.A., Korsakov, A.S., Korsakov, V.S., and Zhukova, L.V. // ASRTU Conference Alternative Energy: Materials, Technologies, and Devices. - 2018. - Vol. 2018. - P. 231-236. (0,353 п.л./ 0,088 п.л.).
10. Optical fibers based on modified silver halide crystals for nuclear power / Salimgareev,
D. D., Lvov, A. E., Korsakova, E.A., Korsakov, A.S., Zhukova, L.V. // ASRTU Conference Alternative Energy: Materials, Technologies, and Devices. - 2018. - Vol. 2018. - P. 223-230. (0,471 п.л./ 0,118 п.л.).
11. Моделирование упорядоченных волоконных сборок из галогенидов серебра для ИК термографических систем / Е.А. Корсакова, Е.И. Кутявина, И.А. Кашуба, А.С. Корсаков, Л.В. Жукова // Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии и транспорте 2018: труды XXVI Международной Конференции. Новороссийск: РИО ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. - 2018. - С. 93-94 (0,118 п.л. / 0,024 п.л.).
12. Моделирование структуры фотонно-кристаллических ИК световодов / Е.А. Корсакова, А.А. Лашова, Н.А. Муфтахитдинова, А.Е. Львов, А.С. Корсаков, Л.В. Жукова // Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии и транспорте 2018: труды XXVI Международной Конференции. Новороссийск: РИО ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. - 2018. - С. 92-93 (0,118 п.л. / 0,020 п.л.).
13. ИК волоконные пучки для исследования распределения теплового поля внутренней поверхности объектов / Е.А. Корсакова, Н.А. Муфтахитдинова, А.С. Корсаков, Л.В. Жукова // Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение. Труды XVII Международной научной конференции. Саранск: Изд-во Мордов. унив-та. - 2018. - С. 37 (0,059 п.л. / 0,020 п.л.).
14. Моделирование фотонно-кристаллических световодов для длины волны 5,75 мкм / А.А. Лашова, Е.А. Корсакова, А.С. Корсаков, А.С. Литвинова, Л.В. Жукова // Инноватика-2018: сборник материалов XIV Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск: STT. - 2018. - С. 62-64 (0,175 п.л. / 0,035 п.л.).
15. Optical characterisation of MIR imaging fiber / Markham, S., Mani, A.A., Korsakova,
E. A., Korsakov, A.S., Zhukova, L.V., Silien, C., and Tofail, S.A.M. / Photonics Ireland Conference. Cork, Ireland. - 2018. - P. 111 (0,059 п.л. / 0,008 п.л.).
16. Световоды для среднего ИК диапазона спектра в конфокальной лазерной сканирующей микроскопии для биологических исследований / Е.А. Корсакова, А.С.
Корсаков, А.С. Литвинова, Л.В. Жукова // Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии и транспорте 2017: труды XXV Международной Конференции. Новороссийск: РИО ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. - 2017. - С. 28-29 (0,118 п.л. / 0,029 п.л.).
17. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование процесса термозонной кристаллизации-синтеза при получении высокочистых галогенидов серебра и одновалентного таллия / А. С. Корсаков, Л. В. Жукова, Д. Д. Салимгареев, Е. А. Корсакова, А. Ю. Черепанова // Бутлеровские сообщения. - 2013. - Т. 37, № 3. - С. 18-26 (0,538 п. л. / 0,215 п. л.).
18. Термодинамические функции процессов растворения галогенидов одновалентного таллия и серебра в воде и галогенводородных кислотах / А. С. Корсаков, Л. В. Жукова, Д. Д. Салимгареев, Е. А. Корсакова, А. А. Тимина // Бутлеровские сообщения. - 2013. - Т. 37, № 3. - С. 27-36 (0,610 п. л. / 0,218 п. л.).
19. Нано- и микроструктурированные ИК-световоды / А.С. Корсаков, А.И. Чазов, Л.В. Жукова, Д.С. Врублевский, Е. А. Корсакова // Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение: тезисы докладов XIV Международной конференции. Нижний Новгород: ИХВВ РАН. - 2011. - С. 33-34 (0,118 п.л./ 0,024 п.л.).
20. Синтез высокочистых кристаллов AgxTl1-xBryI1-y, AgxTl1-xClyBrzI1-y-z / А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, Е. А. Корсакова, Д.С. Врублевский // Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение: тезисы докладов XIV Международной конференции. Нижний Новгород: ИХВВ РАН. - 2011. - С. 111 (0,059 п.л. / 0,015 п.л.).
21. Исследование и разработка кристаллов Ag1-xTlxClyIzBr1-y-z, Ag1-xTlxBr1-xIx для ИК- световодов / Л.В. Жукова, А.С. Корсаков, Е. А. Корсакова, Ю.В. Агишев, В.В. Жуков // Лазеры. Измерения. Информация-2011: сборник трудов Международной конференции. Санкт-Петербург: Политехнический институт. - 2011. - Т. 3. - С. 415¬430 (0,353 п.л. / 0,071 п.л.).
22. Исследование и разработка нано- и микрокристаллических ИК-световодов / А.И. Чазов, Л.В. Жукова, А.С. Корсаков, Д.С. Врублевский, Е.А. Корсакова // Фотон- экспресс. - 2011. - Т. 94, № 6. - С. 200-201 (0,118 п.л./ 0,024 п.л.).
23. Новые фотостойкие ИК-световоды на основе кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и таллия / А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, А.Н. Черепанов, В.С. Корсаков, А.В. Новиков, Е.А. Корсакова // Фотон-экспресс. - 2011. - Т. 94, № 6. -
С. 250-251 (0,118 п.л./ 0,020 п.л.).
24. Моделирование и выращивание новых нанодефектных ИК-кристаллов на основе твердых растворов галогенидов серебра / Л.В. Жукова, А.С. Корсаков, Е.А. Корсакова, А.И. Чазов, Д.С. Врублевский, В.С. Корсаков // Прикладная оптика-2010: сборник трудов IX Международной конференции. Санкт-Петербург: ГУАП. - 2010. - Т2. - С. 105-108 (0,235 п.л. / 0,039 п.л.).
25. Термодинамическое исследование диаграммы фазовых равновесий кристалл- расплав в гетерогенной системе АдВг - Т11 / Л. В. Жукова, А. С. Корсаков, Е. А. Корсакова, А. И. Чазов // Расплавы. - 2010. - № 6. - С. 76-84 (0,529 п.л./ 0,132 п.л.).

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.