X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В данной статье рассмотрен новый механизм периодического разрушения оптических волокон. Показано, что данное явление может быть объяснено при помощи теплового воздействия излучения, при условии, что происходит периодическая фокусировка света, что является принципиально новым эффектом в волокнах.

Из практики эксплуатации оптических волокон известен эффект периодического точечного разрушения протяженного участка световода при попадании в кабель молнии. Как показано в [1] преобладающим механизмом возникновения повреждений в волокне является тепловой механизм. При нагреве выше 1050^○С резко (на несколько порядков) возрастает показатель поглощения. Однако, данный механизм не объясняет периодического характера разрушения волокна. Оно может возникнуть из-за того, что из-за нагрева изменяется показатель преломления волокна и в сердцевине возникает тепловая линза. Интенсивность излучения резко возрастает. Совместное увеличение показателя поглощения и интенсивности света вызывает значительный рост выделяемого тепла, что может привести к разрушению волокна.

Распространение тепловой волны. Считаем, что в начальный момент времени t=0 по периметру оболочки волокна радиусом b внешним источником выделяется энергия с интенсивностью теплового импульса на единицу длины Q. Изменение температуры в среде подчиняется дифференциальному уравнению, получающемуся из уравнения теплового баланса. В сферических координатах оно имеет вид:

(1)

где ΔT – рост температуры среды, r – радиальная координата, D – коэффициент температуропроводности, D = k/(cρ), k – коэффициент теплопроводности, c – удельная теплоемкость, ρ - плотность вещества.

Для вышеописанного случая решение (1) имеет вид [2]:

(2)

где I₀ – модифицированная функция Бесселя. Рост температуры приводит к изменению показателя преломления среды - ∆n=(∂n/∂T) ∆Т. В обычных волокнах, в частности в кварце, показатель преломления n уменьшается, т.е. ∂n/∂T

Код для цитирования: Скопировать