В Е С Т Н И К

(1)

ДАУКЕЕВА»

ISSN 2790-0886

АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Учрежден в июне 2008 года

Тематическая направленность: энергетика и энергетическое машиностроение, информационные, телекоммуникационные и космические технологии

4 (59) 2022

Импакт-фактор - 0.095

Научно-технический журнал Выходит 4 раза в год

Алматы

(2)

о постановке на переучет периодического печатного издания, информационного агентства и сетевого издания

№ KZ14VPY00024997 выдано

Министерством информации и общественного развития Республики Казахстан

Подписной индекс – 74108 Бас редакторы – главный редактор

Стояк В.В.

к.т.н., профессор

Заместитель главного редактора Жауыт Алгазы, доктор PhD Ответственный секретарь Шуебаева Д.А., магистр

Редакция алқасы – Редакционная коллегия

Главный редактор  Стояк В.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;

Заместитель главного редактора  Жауыт А., доктор PhD, ассоциированный профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;

Сагинтаева С.С., ректор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, доктор экономических наук, кандидат физико-математических наук, профессор математики, академик МАИН;

Ревалде Г., доктор PhD, член-корреспондент Академии наук, директор Национального Совета науки, Рига, Латвия;

Илиев И.К., доктор технических наук, Русенский университет, Болгария;

Белоев К., доктор технических наук, профессор Русенского университета, Болгария;

Обозов А.Д., доктор технических наук, НАН Кыргызской Республики, заведующий Лабораторией «Возобновляемые источники энергии», Кыргызская Республика;

Кузнецов А.А., доктор технических наук, профессор Омского государственного технического университета, ОмГУПС, Российская Федерация, г. Омск;

Алипбаев К.А., PhD, доцент Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;

Зверева Э.Р., доктор технических наук, профессор Казанского государственного энергетического университета, Российская Федерация, г. Казань;

Лахно В.А., доктор технических наук, профессор Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, кафедра компьютерных систем, сетей и кибербезопасности, Украина, Киев;

Омаров Ч.Т., кандидат физико-математических наук, директор Астрофизического института имени В.Г. Фесенкова, Казахстан;

Коньшин С.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;

Тынымбаев С.Т., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан.

За достоверность материалов ответственность несут авторы.

При использовании материалов журнала ссылка на «Вестник АУЭС» обязательна.

(3)

90

ИНФОРМАЦИОННЫЕ,

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ И КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 535.24; 535.6 https://doi.org/10.51775/2790-0886_2022_59_4_90 ТАЛШЫҚТЫ БРЭГГ ТОРЛАРЫН ҚОЛДАНА ОТЫРЫП ОПТИКАЛЫҚ СЕНСОРЛАРДЫҢ ЖАЗУ ӘДІСТЕРІН ТАЛДАУ

Г.К. Кадирбаева*, К.С. Чежимбаева

«Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті» КEАҚ, Алматы, Қазақстан

E-mail:[email protected], [email protected]

Аңдатпа.Бұл жұмыста талшықты Брэгг торларын қолдана отырып оптикалық сенсорлардың жазу әдістерін талдау, сипаттамаларын зерттеу және теориялық нәтижелермен салыстыру жолдары қарастырылды. Жұмыс барысында фазалық маска әдісі және интерферометриялық әдіс сияқты екі әдіс ұсынылып, талдау жүргізілді. Фазалық маска әдісімен жазу барысында талшықты Брэгг торларын эксимерлі лазермен жазу кезінде сәулелену спектрі шамамен 2% құрады, сонымен қатар жарты биіктіктегі шағылысу шегі шамамен 0,1 нм болды. Сондай-ақ, интерферометриялық әдіспен жазу кезінде, сәулелену спектрі шамамен 42% құрады және де жарты биіктіктегі шағылысу шегі шамамен 0,5 нм болды.

Зерттеу нәтижесінде екі әдіспен жазылған талшықты Брэгг торларының шағылысу спектрі мен өткізу спектрлері көрсетілді. Ұсынылған әдістер бойынша талдау жүргізілді, сондай-ақ тиісті графиктер салынды.

Бұл мақаланың өзектілігі қазіргі уақытта сынғыш оптикалық талшықтарда жазылған Брэгг торлары талшықты-оптикалық компоненттерді өндіруде, тар жолақты лазерлердің резонаторларын қалыптастыру үшін, сондай-ақ температура, ылғалдылық, қысым, деформация, химиялық заттардың шоғырлануы сияқты шамаларды өлшейтін заманауи жоғары дәлдіктегі жүйелерге кіретін жоғары сезімтал датчиктер ретінде кеңінен қолданысқа енгізіліп жатыр, сол себепті опто-талшықты сенсорларды түрлі салалардың болашақ мамандарының қолдануына және түрлі бағыттар бойынша деректерді тәжірибеде талдауға көмектесу құралы ретінде пайдалануына болады.

Түйін cөздер:Талшықты Брэгг торлары, талшық, оптика, экспозиция.

Кіріспе

Бүгінгі күні температура мен механикалық деформацияларға арналған талшықты-оптикалық сенсорлардың жаңа және келешектегі нұсқаларының бірі сезімтал элемент ретінде талшықты сыну көрсеткішінің торларын (Брэгг торлары) пайдаланатын сенсорлар болып табылады - олар белгілі бір толқын ұзындығында сәулеленуді көрсету қасиетіне ие. Қазіргі кезде талшықты оптикалық байланыс желілерінің пайдалану ауқымы артқан сайын, желінің жұмыс жасауын бақылайтын көмекші құралдар мен құрылғылар – талшықтың сыртқы ортаның әсерінен болған қысымына және ортаның температурасына тәуелділігін анықтау маңыздылығы артуда. Талшықты Брэгг торына (ТБТ) негізделген температуралық сенсорларды үлкен қашықтықта орналасқан және қауіпті әртүрлі жарылғыш, күшті электромагниттік сәуле шығаратын орталарда, мұнай, газ құбырларындағы температура мен қысымды өлшеуге, магистралды талшықты байланыс желісі жүргізілген орталардағы температураны анықтау мақсатында кеңінен қолданады [1].

Жұмыстың негізгі мақсаты - талшықты Брэгг торларын қолдана отырып оптикалық сенсорлардың жазу әдістерінің сипаттамаларын зерттеу болып табылады.

Талшықты Брэгг торларын жазу үрдісінінін қолданылатын лазер түріне, сәулеленің толқын ұзындығына, жазу әдісіне, сәулелендірілген материалға және тордың түріне қарай жіктеуге болатынын ескере отырып, соны қарастыру алдағы мақсат болып табылады.

(4)

91

Талшықты Брэгг торының негізгі сипаттамалары

Талшықты Брэгг торы (ТБТ) – бұл бойлық бағытта өзегінің сыну көрсеткіші (СК) периодты өзгеретін оптикалық талшықтың (ОТ) бір бөлігі (1- сурет).

1 – сурет. Талшықты Брэгг торы

Оптикалық талшық бойымен таралатын сәуле световодтың өздік модаларының: бағыттаушы және сәулелендіруші, жиынтығы болып табылады. Оптикалық талшықтың сәулелендіруші модасы үздіксіз функцияны құраса, ал бағыттаушы модасы βi тұрақты таралу коэффициенттерінің дискретті жиынтығына сәйкес келеді. СК-де өзгерістер байқалмаған жағдайда, оптикалық талшық модалары бір-бірінен тәуелсіз таралады. Сондықтан, СК-нің модуляция периоды таңдап алынған сәуле модалары арасында қажетті резонанстық байланысты қамтамасыз ететіндей таңдап алынады. СК-нің модуляциясы оптикалық талшықтың негізгі және оған қарама-қарсы бағытта таралатын модаларды байланыстырады. Осының нәтижесінде дискретті толқын ұзындығында OТ арқылы таралған сәуле ТБТ-да шағылады. Шағылу коэффициенті СК-нің модуляциясының тереңдігімен, ал шағылған сәуленің толқын ұзындығы Брэгг шартымен анықталады, (1) формулада көрсетілген [1]:



_B 

2

n_т, (1)

мұндағы 𝜆_Б− Брэгг резонансының толқын ұзындығы, 𝑛_т− шағылған сәуленің толқын ұзындығы үшін талшық өзегінің тиімді сыну көрсеткіші (СК), 𝛬 − Брэгг торының периоды.

Оптикалық талшықтың өзегімен таралған сәуле тордың әр қырынан шашырайды. Егер Брэггтің шарттары орындалмаса, онда тордың әр қырынан шағылған сәуле фазаға түспейді, сол себепті сөніп қалады. Ал Брэгг шартын қанағаттандыратын толқын ұзындығы үшін тордың әр қырынан шағылған сәулелер өзара араласып (қосылып), талшық бойымен кері бағытта таралады [2].

Орташа сыну көрсеткіші n0 бар бір модалы оптикалық талшық өзегінде пайда болған біртекті Брэгг торын қарастырайық. Сыну көрсеткішінің профилін (2) өрнекке сәйкес өрнектейміз:

2 ) cos(

)

(

₀

 



n n ^x

z

n ^ , (2)

мұндағы ∆𝑛 − Брэгг торы СК-і модуляциясынының амплитудасы, 𝛬 − Брэгг торының периоды, 𝑥 − талшықтың осьі бойымен арақашықтық. Модалар байланысы теориясын пайдаланып, Брэгг торының шағылу спектрі қызметін (3) формулаға сәйкес төмендегідей өрнектейік [3]:

) ( cosh )

( sinh

) ( ) sinh

,

(

₂ ₂ ₂ ₂

2 2

sl s

sl k

l sl

R  

 



, (3)

мұндағы 𝑅(𝜆, 𝑙) − тордың шағылуы, сәуленің λ толқын ұзындығы мен тордың ұзындығы l функциясы ретінде анықталады, 𝛺 − байланыс коэффициенті, ∆𝑘 = 𝑘 − 𝜋/𝜆 − толқындық сан, 𝑘 = 2𝜋𝑛₀/𝜆 және 𝑠²= 𝛺²− ∆𝑘². СК-і модуляциясының синусоидалы функциясы үшін байланыс коэффициенті төмендегі (4) формулаға сәйкес өрнектеледі:

(5)

92







n

(

V

)



 , (4)

мұндағы 𝜂(𝑉) ≈ 1 − 1/𝑉², (𝑉 ≥ 2,4) – талшықтың өзегіндегі негізгі моданың қарқындылығының пайыздық көрсеткішін анықтайтын функция [3].

Брэгг толқын ұзындығы үшін Δk = 0, сондықтан (3) өрнек (5) формула түрінде жазылады:

R

(  ,

l

)



tanh

²

(

l

)

, (5)

Толқын ұзындығының қызметі ретінде есептелген тордың шағылу спектрінің нәтижесі 2- суретте көрсетілген.

2 – сурет. Типтік Брэгг талшықты торының сәулелену және шағылысу спектрлері

Брэгг талшықты торының СК-і модуляциясының тереңдігі неғұрлым үлкен болса, ТБТ шағылу коэффициенті соғұрлым үлкен болады. (1) Формуладан көріп отырғанымыздай ТБТ-дың резонанстық толқын ұзындығы световодтың өзегінің тиімді СК-не және СК-нің модуляция периодына тәуелді болады.

ТБТ-дың маңызды параметрлерінің бірі – ол СК-нің Δn модуляциясының мәні. Нашар шағылыстырғыш ТБТ үшін СК-нің индукцияланған модуляциясының амплитудасын бағалау үшін келесі (6) формуланы қолдануға болады:

^B

tanh

¹

(

r_макс

)

n l ^







, (6)

мұндағы 𝑟_макс− тордың Брэгг резонансының орталық толқын ұзындығындағы шағылу коэффициенті [3]. Мысалы, 1550 нм-де Брэгг резонансы бар ТБТ үшін шағылу коэффициенті 10%

және тордың ұзындығы 15 мм болғанда (6) формуласына сәйкес СК-нің Δn модуляциясының мәні шамамен 1,077∙10^-5 құрайды.

ТБТ-дың шағылу спектрінің енін жартылай биіктікте есептеуге арналған негізгі өрнек (7) формуламен өрнектеледі [3]:

² ²

0

1 ) ( 2 )

(

n N

n

Б    





  

, (7)

(6)

93

мұндағы N – тор сызықтарының саны. 𝛼 параметрі шағылдырғыш қасиеті жоғары торлар үшін 1-ге тең (сәулені шамамен 100%-ға шағылдыратын ТБТ), ал әлсіз шағылыстырғыш торлар үшін α ≈ 0,53-ке жуық деп қабылданады.

Талшықты Брэгг торларын жазудың арнайы әдістері

Әдебиеттерде Брэгг талшықты торларын жазу үрдісін қолданылатын лазер түріне, сәулеленің толқын ұзындығына, жазу әдісіне, сәулелендірілген материалға және тордың түріне қарай жіктеуге болады [3].

ТБТ-ды жазу үшін қолданылатын лазерлер үздіксіз де, импульсті де, сәуленің толқын ұзындығы инфрақызылдан (ИҚ) ультракүлгін (ультракүлгін) спектрге дейін болуы мүмкін. Бұл айырмашылықтар жазу үшін қолданылатын оптикалық сәулелену көздерінің кеңістіктік және уақытша үйлесімділігін анықтайды, бұл өз кезегінде ТБТ-ды жазудың тиісті әдісін таңдауды анықтайды. ТБТ-ды жазудың негізгі әдістерінің ішінде қадамдық әдіс, фазалық маска әдісі (ФМ) және интерферометриялық әдіс ерекшеленеді. Торларды жазудың жоғарыда аталған әдістері қазіргі әдебиеттерде кеңінен ұсынылады. Алайда, ОТ өзегінде уақыт бойынша тұрақты тордың пайда болуы алғаш рет 1978 жылы Канаданың байланыс зерттеу орталығында (Communications Research Centre, Canada) көрсетілді [2, 3]. Осы тәжірибеде қолданылған талшықтар аздаған германий GeO2 диоксиді қосылған SiO2 кремний диоксидінің негізінде жасалды. СК-нің модуляциясы қарама-қарсы бағытта таралатын аргон лазерінен шыққан (488 нм) екі сәуленің интерференциясы нәтижесінде пайда болған талшықтың өзегіндегі толқыннан туындады: екі ортаны бөлетін шекарада талшықтың ұшынан шағылған жарық толқыны мен тік бағытта таралатын жарық толқыны.

Осылайша алынған талшықтың жарық өткізгіш бөлігіндегі СК-нің кеңістіктік модуляциясы Брэгг шартына сәйкес жазу кезінде қолданылған толқын ұзындығының резонанстық шағылыстырғыш ретінде жұмыс істейді [3].

Тек 1989 жылы [4] жұмыс авторлары талшықты ультракүлгін сәуленің екі қиылысатын сәулелерімен жасалған интерференциялық суретпен бүйір беті арқылы сәулелендіру арқылы торлардың пайда болу мүмкіндігін көрсетті.

Осы сәттен бастап Брэггтың талшықты торларын белсенді зерттеу басталды, және бүгінгі таңда ТБТ-ды жазудың кеңінен қолданылатын әдістері 0,1–99,9% тиімділікпен және 0,01–10 нм шағылысу жолағының енімен Брэгг торларын жасауға мүмкіндік береді.

Әдетте, таратылған өлшеу жүйелері үшін берілген параметрлері бар ТБТ массивтерін бір талшықта жазу қажет. Бұл мұндай жағдайларда Брэгг торларын жазудың тұрақтылығы өте маңызды екенін білдіреді. Параметрлер ТБТ жарық беру аймағындағы сыну көрсеткішінің модуляция шамасына байланысты [7], бұл ондағы сәулелену энергиясының тығыздығына байланысты. Энергия тығыздығы өз кезегінде индикатордың сіңуіне және профиліне байланысты сәулелену өтетін ортаның сынуы болып табылады.

Біртекті ТБТ-дың спектрлерінде әдетте бүйірлік максимумдар байқалады, олардың орналасуы тордың ұзындығымен анықталады [3]. Брэгг торларының аподизациясы бүйірлік максимумдарды едәуір басып тастауы мүмкін, бұл олардың арасындағы айқасқан бөгеулердің азаюымен байланысты DWDM жүйелерінде оптикалық арналардың жақын спектрлік орналасуына мүмкіндік береді [3].

Торлардың аподизациясы деп торда оның ұзындығы бойынша келтірілген СК-і модуляциясы амплитудасының бірқалыпты өзгеруін айтады [4]. Осылайша, келтірілген СК-нің Гаусстық майысқан профилін қолдану арқылы ТБТ-ы негізгі резонанстың ұзын толқын ұзындықтары жағындағы бүйірлік максимумдарды жоюға мүмкіндік береді. Қысқа толқын ұзындықтары жағында бүйірлік максимумдардың болуы тордағы орташа индукцияланған СК-нің өзгеруіне байланысты болып табылады; тордың барлық ұзындығы бойынша олардың шамасын тұрақты ұстау мүмкін болса, онда оларды да жоюға болады [5].

Қазіргі заманғы талшықты-оптикалық байланыс желілеріндегі жарық импульстарының уақытша дисперсиясын өтеу үшін резонанстық толқын ұзындығы желілердің барлық ұзындығы бойымен үздіксіз немесе сатылы түрде өзгеретін торлар үлкен қызығушылық тудырады [6]. Мұндай торлар шағылудың/өткізудің кең спектріне (100 нм жоғары) немесе үлкен дисперсияға (1000 пс/нм астам) ие. Осы типтегі торларды жазу тордың ұзындығы бойынша негізгі моданың келтірілген СК- нің немесе тиімді СК-нің модуляция периодын өзгерту арқылы жүзеге асырылады [7-8].

(7)

94

Ұзақ экспозиция кезінде ТБТ-ын жазудың заманауи әдістері кез-келген параметрлерге ие дифракциялық құрылымдар жасауға мүмкіндік берсе, көп импульсті торларды жасау әдісі бір импульсті жазу арқылы ОТ-ты созу үрдісі кезінде ТБТ массивтерін құруға мүмкіндік бермейді.

ФМ әдісімен эксимер лазерінің бір импульсімен OТ-ғы Брэгг торларын индукциялау ең қарапайым және тиімді болып табылады, өйткені ол көп импульсті жазуға қажетті қымбат тербелмелі орындықтарды, негіздерді, фундаментті алып тастауға және сонымен бірге қажетті сипаттамалары бар торларды алуға мүмкіндік береді. Фазалық Маска әдісімен ТБТ-ды жазудың сұлбалық диаграммасы 3-суретте көрсетілген.

3 – сурет. Фазалық Маска әдісімен ТБТ жазудың сұлбалық диаграммасы

Цилиндрлік линза қажетті энергия тығыздығына жету үшін радиацияны осьтердің біріне бағыттайды. Фазалық маска арқылы өтетін сәуле +1 және -1 шамаларға сынып таралады. +1 және -1 ретті интерференциялық сурет торды ФМ-дан бірнеше микрон қашықтықта бекітілген ОТ өзегіне жазуды жүзеге асырады.

Екінші жағынан, бұл әдіс ФМ периодының белгіленген мәніне байланысты ТБТ-дың шағылдырушы толқын ұзындығын өзгертуге мүмкіндік бермейді. Сондай-ақ, бұл әдіс талшықты созу процесінде Брэгг торларын жазуға мүмкіндік бермейді, өйткені соңғысы қозғалатын световодтың жанында оптикалық элементтердің болмауын талап етеді [5].

Сонымен қатар, ультракүлгін сәулені қолданған кезде торды жазбас бұрын талшықтың қорғаныш полимерлі қабығын алып тастау процедурасын жүргізу керек. Бұл процедура қажет, өйткені талшықты қабық ретінде қолданылатын стандартты полимерлер ультрафиолет сәулелеріне мөлдір емес. Қабықты алып тастау дифракциялық құрылымы бар талшықты дайындау процесінің ұзаруына әкеледі және OТ беріктігін төмендетеді.

Фазалық маска және интерферометриялық әдіспен торларды бір импульсті және көп импульсті жазу әдістері схемаларының мысалдарын 6-7 суреттерден көруге болады [9].

4 - сурет. Фазалық маска әдісімен ТБТ жазудың сұлбасы

«Coherent Compex 102» эксимер лазері (KrF газ қоспасы), 4 - суретте, 20 Гц жиіліктегі 248 нм толқын ұзындығында 1 нс импульстер шығарады. Орнатылған ысырмасы бар аттенюатор лазер тұрақты жұмыс режиміне шығарылған кезде импульстардың ішінен бір импульсті бөліп алуға мүмкіндік береді. Цилиндрлік линза қажетті энергия тығыздығына жету үшін лазер сәулесін

(8)

95

осьтердің біріне бағыттайды. Саңылау талшықтың сәуле түсетін бөлігінің өлшемін өзгертуге мүмкіндік береді, осылайша ТБТ ұзындығын, демек оның спектрлік сипаттамаларын өзгертуге мүмкіндік бар.

Өз кезегінде, 5-суретте көрсетілген Брэгг торларын Талбот интерферометріне жазу әдісі қозғалатын световод жанында оптикалық элементтердің болмауына байланысты OТ-ты созу процесінде Брэгг торларын жазуға мүмкіндік береді.

5 – сурет. Талбот интерферометрі бар схемаға ТБТ жазудың сұлбалық диаграммасы

Сонымен қатар, осы сұлбадағы сәулелер арасындағы бұрышты өзгерту арқылы интерференциялық кескіндемепериоды, демек, сәулеленуді Брэгг шартына сәйкес шағылдыратын тордың периодын реттеуге мүмкіндік береді. Осылайша, торларды кез-келген толқын ұзындығының өте кең диапазонда шағылысуында жазуға болады. Сондай-ақ, бұл әдіс сіңіргіш экранды қолданғандықтан, фазалық маскадан дифракцияның нөлдік ретін толығымен алып тастауға мүмкіндік береді, сонымен қатар бір нүктеден шыққан жарық сәулелерінің интерференциясы нәтижесінде интерференциялық суреттің көрінуі лазер сәулесіндегі кеңістіктік когеренттіліктің таралуына тәуелді емес.

Осылайша, Талбот интерферометрі осы сұлбадағыдай орындалуы мүмкін ФМ көмегімен немесе жарықты бөлу тақтасы (текшесі) арқылы оптикалық сәулеленудің амплитудалық бөлінуін жүзеге асырады (2.2-сурет).

3 - суреттегі сұлбада «Тальбот» интерферометрі және «Coherent Compex 150 Т» эксимерлі лазері қолданылады (бұл лазерлік жүйе Compex 102 эксимер лазерімен салыстырғанда жақсы сәулелік сипаттамаларға ие, импульстен импульске дейінгі энергия тұрақтылығы, сонымен қатар кеңістіктік және уақыттық когеренттіліктің ұзындығы арттырылған [10-11]).

6 – сурет. Интерферометриялық әдісіпен ТБТ жазудың сұлбасы

Фазалық маска әдісімен (5 - сурет) KrF эксимер лазерінің жалғыз импульсімен жазылған I типті ТБТ-дың шағылу спектрі 7 - суретте көрсетілген. Тор құрамында GeO2 18 мол (%) болатын эллиптикалық кергіш қабығы бар екі сыну көрсеткіші бар ОТ-та жазылған. Шағылу коэффициенті ~ 2% және жартылай биіктіктегі шағылу шегінің шамасы шамамен 0,1 нм құрайды. Ұсынылған ТБТ

(9)

96

оптикалық талшықта энергия тығыздығы ~ 400 мДж/см² эксимер лазерінің 20 нс импульстерімен жазылады.

7-суретте шағылудың екі шегінің болуы тордың екі сәулелі сыну көрсеткіші бар ОТ-та индукциялануына байланысты. Анизотропты талшықтың таңдалған осьтерінің әрқайсысы үшін тиімді СК-і әртүрлі болғандықтан, Брэгг резонансының толқын ұзындығы шағылдырушы сетовод осьі бойымен тез және баяу таралатын сәуле үшін әр түрлі болады.

7 – сурет. Фазалық маска әдісімен бір импульспен жазылған I типті ТБТ-дың шағылу спектрі (сызықтық шкала)

8-суретте құрамында GeO2 концентрациясы 16 моль (%) болатын эллиптикалық кергіш қабығы бар екі сәулелі рефлекторлы OТ-та фазалық маска әдісімен KrF эксимер лазерінің бір импульсімен жазылған ТБТ-дың шағылу спектрі көрсетілген. Ұсынылған ТБТ аттенюатордың шығысында 75,9 мДж энергиямен жазылды. Бұл I типті ТБТ-ы болып табылады.

8 – сурет. Фазалық маска әдісімен I типті ТБТ-дың шағылу спектрі (аттенюатор шығысындағы энергия арқылы жазылған)

ФМ периодының белгіленген мәніне байланысты ТБТ-дың шағылдырушы толқын ұзындығын өзгертуге мүмкіндік бермейді. Сондай-ақ, бұл әдіс талшықты созу үрдісінінде Брэгг торларын жазуға мүмкіндік бермейді, өйткені соңғысы қозғалатын световодтың жанында оптикалық элементтердің болмауын талап етеді.

(10)

97

Интерферометриялық әдіспен (6 - сурет) KrF эксимерлі лазермен ұзақ экспозиция кезінде жазылған I типті ТБТ-дың шағылу спектрі 9 суретте көрсетілген. Тор құрамында GeO2 12 моль (%) [12] болатын эллиптикалық кергіш қабықшасы бар екі сыну көрсеткіші бар ОТ-та жазылған.

Экспозиция уақыты -1 сағатты құрайды. Шағылу коэффициенті ~ 42 %, жартылай биіктіктегі шағылу шектерінің мәні шамамен 0,5 нм құрайды.

9 – сурет. Интерферометриялық әдіспен ұзақ экспозиция кезінде жазылған I типті ТБТ-дың шағылу спектрі (сызықтық шкала)

10-суретте дәл сол ТБТ-дың шағылу спектрі логарифмдік шкалада берілген.

10 – сурет. Интерферометриялық әдіспен ұзақ экспозиция кезінде жазылған I типті ТБТ-дың шағылу спектрі (логарифмдік шкала)

Қорытынды

Мақалада Брэгг торына зерттеу және оларды жазу әдістері қарастырылды. Талшықты Брэгг торлардың маңызды параметрлерінің бірі сыну көрсеткішінің модуляциясының мәні бойынша арнайы теориялық мәліметтер көрсетілді. Брэгг торларын жазу бойынша әр түрлі лазерлік жүйелер қолданылады, олардың ішінде эксимер KrF лазерлік жүйелер, сондай-ақ фемтосекундтық лазерлер.

Екеуі де әртүрлі әдістерді қолдануға негізделген схемалардың бөлігі болып табылады. Брэгг торын лазерлермен жазудың негізгі екі түрі – фазалық маска және интерферометрлік айналар арқылы жасаудың ерекшеліктері туралы мәліметтер келтірілді. Брэгг торларын жазғаннан кейін,

(11)

98

қолданылатын қысымның шағылысу спектрлерінің өзгеруіне әсерін зерттеу сұлбалары жиналды. Екі түрлі жазу барысына сәйкес арнайы графиктер түрғызылды.Алынған ТБТ қолданудың үлкен спектріне ие болып табылады: лазерлік жүйелерде (талшықты лазерлердің резонаторлық айналары ретінде), телекоммуникациялық элементтерді өндіруде (мультиплекстеу жүйелері, дисперсияны өтеу), өлшеу жүйелерінің сезімтал элементтерін өндіруде.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

[1] Войцик В., Жунусов К.Х., Смайлов Н.К. «Қазіргі замандағы талшықты-оптикалық байланыс желілері мен брэг торының температураға тәуелділігін анықтау». «Aқпараттық және телекоммуникациялық технологиялар: білім, ғылым, тәжірибе» атты II Халықаралық ғылыми- тәжірбиелік конференсияның ЕҢБЕКТЕРІ, Алматы, Казақстан, 3-4 желтоқсан, 2015 жыл II том С.

306-309

[2] Войцик В., Жунисов К.Х., Смайлов Н.К., Жетписбаев К.У., Mедетов Б.Ж. «Моделирование волоконно-оптических сенсоров температуры на основе брэгговской решетки» «Весенние научные чтения» Международная мульти дисциплинарная конференция, 28 апреля 2016 года г. Киев, С. 102- 109

[3] Кадирбаева Г.К., Чежимбаева К.С., «Талшықты Брэгг торларының пайда болу механизмдерін зерттеу» "Қазіргі әлемдегі ғылым мен білім: ХХІ ғасырдың сын-қатерлері" VIII Халықаралық ғылыми-практикалық конференсияның еңбектері. Техникалық ғылымдар. Нур-Султан, Казахстан, 16-22 сәуір 2021 ж. I том, 20-24.

[4] T.G. Giallorenzi, J.A. Bucaro, A. Dandridge, G.H. Sigel Jr, J.H. Cole, S.C.Rashleigh, R.G. Priest, Optical fiber sensor technology, IEEE J. Sel. Top.Quantum Electron. 18 (April 4) (1982) 626–665.

[5] M. Moccia, M. Pisco, A. Cutolo, V. Galdi, P. Bevilacqua, A. Cusano,Opto-acoustic behavior of quoted fiber Bragg grating, Opt. Express 19(September 20) (2011) 18842–18860.

[6] K. Vivek, R. Rajesh, C.V. Sreehari, S. Sham Kumar, K. Shajahan, T.K. Praveen, T.Santhanakrishnan, K.P.B. Moosad, A new approach of large diameterpolymer-coated fiber laser hydrophone, J. Lighwave Technol. 35 (October 19)(2017) 4097–4104.

[7] Y.-J. Rao, In-fiber bragg grating sensors, Meas. Sci. Technol. 8 (November 4) (1997) 355–375.

[8] T. Liu, L. Hu, M. Han, Adaptive ultrasonic sensor using a fiber ring laser withtandem fiber Bragg gratings, Opt. Lett. 39 (August 15) (2014) 4462–4465.

[9] G.P. Agrawal, S. Radic, Phase-shifted fiber Bragg gratings and their applicationfor wavelength demultiplexing, IEEE Photonics Technol. Lett. 6 (August 8) (1994) 995–997.

[10] S. Zhao, Q. Liu, J. Chen, Z. He, Pɛ-Resolution fiber grating sensor withadjustable measurement range and ultralow probe power, IEEE PhotonicsTechnol. Lett. 31 (January 1) (2019) 19–22.

[11] Z. Shao, X. Qiao, Q. Rong, A. Sun, Fiber optic magnetic field sensor using aphase shifted fiber Bragg grating assisted by a TbDyFe bar, Sens. Actuators APhys. 261 (2017) 49–55.

[12] Orazaliyeva, S., Kadirbayeva, G., Chezhimbayeva, K. (2022).Evaluation of the effectiveness of the effect of photosensitization on the spectral characteristics of the fiber Bragg grating. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (117)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259033.

LIST OF REFERENCES

[1] Wojcik W, Zhunusov K. H., Smailov N. K. "determination of the temperature dependence of fiber-optic communication lines and brag mesh in modern times". Proceedings of the II international scientific and Practical Conference "information and telecommunications technologies: education, science, experience", Almaty, Kazakhstan, December 3-4, 2015 Volume II pp. 306-309

[2] Wojcik W., Zhunisov K. H., Smailov N. K., Zhetpisbayev K. U., Medetov B. zh. "modeling of volokonno-optical sensors of temperature at the core of the Bragg decision" international multi - disciplinary conference "Western scientific studies", April 28, 2016 in Kiev, P.102-109

[3] Kadirbayeva G. K., Chezhimbayeva K. S., "Study of the mechanisms of formation of fibrous Bragg networks" Proceedings of the VIII International scientific and practical conference "Science and education in the modern world: challenges of the XXI century". Technical sciences. Nur-Sultan, Kazakhstan, April 16-22, 2021, volume I, 20-24.

(12)

99