Волоконные брэгговские решетки
В настоящее время волоконная оптика не ограничивается только лишь вопросами телекоммуникации. На основе волоконно-оптических технологий активно развивается и волоконная сенсорика, лазерная физика. Ощутимый толчок к развитию данных технологий дало открытие в 1978 году фоточувствительности волоконных световодов, в результате чего появилась возможность создания внутриволоконных периодических структур, названных по аналоги с эффектом Брэгга-Вульфа брэгговскими решетками. Создание брэгговских решеток осуществляется, как правило, путем формирования интерференционной картины в свете луча лазера ультрафиолетового диапазона с помощью специально разработанных схем интерферометров или с применением фазовой маски. Созданная таким образом решетка сохраняет свои параметры и после снятия лучевого воздействия.
Брэгговские решетки находят широкое применение в качестве узкополосных оптических фильтров, используемых, например, при селекции оптических каналов, в качестве зеркал к волоконным лазерам, а также в качестве датчиков физических величин. Действительно, при внешнем воздействии на световод, таком как продольное механическое напряжение или нагрев, изменяются оптические свойства решетки, что приводит и изменению брэгговской длины волны отражения.
В настоящее время датчики на основе брэгговских решеток активно используются в различных областях строительства, промышленности для контроля многих ключевых технологических параметров, состояния элементов конструкций и сложных инженерных сооружений, практически вытесняя собой электрические аналоги. Брэгговские решетки являются ключевыми элементами резонаторов большинства современных волоконных лазеров, выполняя роль селективных диэлектрических зеркал.
В рамках данного направления исследуются особенности записи и механизмов деградации брэгговских решеток, записанных в различных условиях в световодах с различным легированием. Проводятся разработки новых волоконных сенсоров, резонаторов к волоконным лазерам, в том числе, волоконных лазеров с распределенной обратной связью. Лаборатория имеет широкий спектр технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры для записи и исследования различных брэгговских решеток, включая решетки, записанные в нефоточувствительных нелегированных волокнах. Среди имеющегося оборудования можно выделить установку для записи брэгговских решеток на основе ArF-эксимерного лазера с длиной волны генерации 193 нм и универсальный экспериментальный комплекс на основе фемтосекундного волоконного лазера с рабочими длинами волн 1035 и 517.5 нм.
В нашей лаборатории проводятся как фундаментальные так и прикладные исследования новых фоточувствительных материалов для волоконной оптики, свойств брэгговских решеток в различных условиях эксплуатации. Проводятся работы по исследованию волоконных структур под воздействием высоких температур. Ведутся работы по внедрению брэгговской сенсорики в нефтегазовую промышленность, где данное направление получает активное развитие. Контроль технологических параметров процессов добычи и переработки нефти и газа, создание автоматизированных интеллектуальных систем немыслимы без современных оптических датчиков. На основе брэгговских решеток создаются точечные и квазираспределенные системы контроля температуры, деформации, давления, акустические и сейсмические сенсоры.
Особое внимание уделяется стойкости брэгговских решеток и волокон, лежащих в их основе, к воздействию ионизирующего излучения. Радиационная стойкость волокон и оптических элементов на их основе крайне важна для таких отраслей, как авиация и космическая промышленность, атомная промышленность, военно-прикладные задачи. На основе проведенных исследований разрабатываются новые конструкции сенсоров. В частности, совместно с нашими партнерами ООО «Пролог» был разработан новый высокоточный датчик изгиба на основе четырехсердцевинного кварцевого стержня-световода, в котором были записаны брэгговскиех решетки. Новая конструкция нашла применение в датчиках изгиба технологических каналов в графитовой кладке атомного реактора РБМК-1000.