Ukªad do±wiadczalny

Fundamentalnym elementem ukªadu do±wiadczalnego u»ywanego w niniej-szej pracy, byªo wªókno AIR-6-800 (opisane w podrozdziale 3.3). W

pomia-rach stosowane byªy ci±nienia tlenu rz¦du 5-500 mbar, dlatego te» wypeªnianie wªókna odbywaªo si¦ dyfuzyjnie. Wªókno zostaªo umieszczone w komorze ga-zowej, która musiaªa zapewni¢ szczelno±¢ do pojedynczych milibarów, co nie byªo trudne. Zrealizowana ona zostaªa w oparciu o dwa elementy wykonane ze stali nierdzewnej poª¡czone kapilar¡ szklan¡, w której umieszczany byª ±wiatªowód. Na rysunku 4.5a widoczna jest caªa komórka, z zaznaczonym biegiem ±wiatªa (czerwona linia) oraz uªo»eniem ±wiatªowodu (zielona linia). ‘wiatªowód umieszczany byª w kapilarze szklanej (rysunek 4.5b) wsuwanej do dwóch elementów stalowych. Ka»dy z tych elementów zawieraª przyª¡cza typu Swagelok, przez które odbywaªo si¦ wprowadzanie i odpompowywanie gazu. Poª¡czenie ze szklan¡ kapilar¡ uszczelnione zostaªo pier±cieniem gu-mowym Viton. Solenoid, który wytwarzaª pole magnetyczne nasuwany byª na kapilar¦ (rysunek 4.5c) i chªodzony dwoma wentylatorami, które utrzy-mywaªy temperatur¦ nieprzekraczaj¡c¡ 50-60◦C.

Komórka dostosowana byªa do pracy z wªóknami AIR-6-800 o dªugo-±ci 24,6 cm. Solenoid posiadaª jednak dªugo±¢ 14,8 cm i wszystkie procesy magnetooptyczne zachodz¡ce w ±wiatªowodzie byªy ograniczone do porów-nywalnej dªugo±cip39. Oznaczaªo to, »e skr¦cenie pªaszczyzny polaryzacji za-chodziªo w zaledwie 4,2 nL gazu. Caªkowita obj¦to±¢ gazu mieszcz¡cego si¦ w zamkni¦tej komórce wynosiªa okoªo 1,3 mL.

Solenoid umieszczony zostaª w ukªadzie RLC dostrojonym do cz¦sto±ci rezonansowej f=1,32 kHz. Ukªad zasilany byª przez wzmacniacz akustycz-ny RMX 1850HD rmy QSC Audio, na który podawaakustycz-ny byª sygnaª sinu-soidalny z generatora sygnaªowego. Rozwi¡zanie to pozwoliªo uzyska¢ pole magnetyczne o ±redniej indukcji 14,8 mTRM S (148 GRM S). Pole

magnetycz-p39Zaªo»enie to jest sªuszne, ze wzgl¦du na bardzo szybki zanik pola magnetycznego poza solenoidem.

a)

przyłącza Swagelok

soczewki asferyczne

b) c) d)

kapilara ze światłowodem solenoid okienko szklane

Rysunek 4.5: Zdj¦cia ukªadu do wypeªniania ±wiatªowodu HC-PBF tlenem. Czer-wona linia prezentuje bieg ±wiatªa, a zielona linia uªo»enie ±wiatªowodu w kapilarze: a) widok na caª¡ komórk¦, b) kapilara ze ±wiatªowodem, c) solenoid, d) stolik z so-czewk¡ i okienkiem, przez które nast¦powaªo sprz¦ganie ±wiatªa do wªókna.

ne nieznacznie zmieniaªo si¦ wzdªu» solenoidu, z maksymalnym odchyleniem od warto±ci ±redniej rz¦du 8,9%.

Sprz¦»enie do ±wiatªowodu realizowane byªo poprzez soczewki asferycz-ne o ogniskowej f=18,4 mm umieszczoasferycz-ne na precyzyjnych stolikach przesuw-nych XYZ, NanoMax rmy Thorlabs. Po zogniskowaniu ±wiatªo kierowane byªo do wªókna poprzez okienko kwarcowe (rysunek 4.5d), doci±ni¦te do sta-lowego elementu pró»niowego i uszczelnione przy pomocy pier±cieni vitono-wymi. Osi¡gni¦ta maksymalna transmisja ±wiatªa przez puste wªókno ±wia-tªowodowe wynosiªa ok. 75%.

b) miernik ciśnienia filtr zawór dozujący zawory odcinające do pompy wlot tlenu pomiar ciśnienia wylot do pompy wlot tlenu filtr cząsteczkowy zawór dozujący zawór odcinający a) światłowód

Rysunek 4.6: Ukªad pró»niowy stosowany w eksperymencie, w którym ±wiatªowód wypeªniano tlenem: a) schemat ideowy oraz b) zdj¦cie zbudowanego ukªadu.

pompowany byª przy pomocy olejowej pompy rotacyjnej, umo»liwiaj¡cej ob-ni»enie ci±nienia w ukªadzie do poziomu 2-3 mbar. Byªa ona odseparowana od ukªadu puªapk¡ azotow¡, której zadaniem byªo uniemo»liwienie cofania si¦ par oleju z pompy i zanieczyszczenia ukªadu. Tlen wprowadzany byª poprzez ltr cz¡steczkowy, który chroniª ukªad przed drobinami pyªu. Zawór dozu-j¡cy stosowany byª do regulowania przepªywu tlenu z dokªadno±ci¡ do po-jedynczych milibarów, a ukªad zaworów odcinaj¡cych zapewniaª niezale»ne odpompowywanie, wypeªnianie i pomiar ci±nienia po dowolnej stronie wªók-na.

akrylowyp40. W pierwszych próbach, wªókno byªo dodatkowo wklejane klejem pró»niowym Torr-Seal do kapilary, tak aby uniemo»liwi¢ jego przypadkowe przesuni¦cie. Z czasem zachodziªa jednak stopniowa degradacja sprz¦»enia do wªókna, tzn. transmisja ±wiatªa systematycznie malaªa a» do poziomu 5-10% w warto±ci pocz¡tkowej, kiedy to konieczna byªa wymiana wªókna. Odbywaªo si¦ to wyª¡cznie po cyklach pracy, w których wª¡czane byªo pole magnetyczne co wi¡zaªo si¦ z podgrzewaniem ukªadu do 50-60◦C. Dlatego w kolejnych próbach wªókno nie byªo ju» klejone, a opisana degradacja nie byªa obserwowana.

Peªny schemat ukªadu eksperymentalnego zawieraj¡cy elementy opty-czne przedstawiony jest na rysunku 4.7. Jako ¹ródªo ±wiatªa zastosowany zostaª laser diodowy z rozªo»onym sprz¦»eniem zwrotnym (DFB, ang. Di-stributed FeedBack) o szeroko±ci linii <200 kHz (dane z karty katalogowej). Emitowana wi¡zka ±wiatªa zostaªa fabrycznie sprz¦gni¦ta do ±wiatªowodu po-laryzacyjnego stanowi¡cego wyj±cie lasera (laser typu pig-tailed). Laser zostaª dostrojony przy pomocy temperatury i pr¡du do linii tlenuPP1(1) o dªugo±ci fali 762,309 nm.

Promieniowanie laserowe dzielone byªo na dwie wi¡zki: jedna kierowana byªa do miernika dªugo±ci fali, a druga do eksperymentu. Polaryzacja wi¡zki pomiarowej byªa ustalana poprzez zastosowanie polaryzatora oraz póªfalowej pªytki fazowej. ‘wiatªo byªo nast¦pnie kierowane do badanego wªókna mi-krostrukturalnego. Za ±wiatªowodem wykonywany byª pomiar prolu prze-strzennego wi¡zki (kamer¡ typu beam proler) lub pomiar jej polaryzacji. Ukªad pomiarowy oparty o zrównowa»one detektory zrealizowany zostaª

po-p40Odbywaªo si¦ to ró»nymi metodami: byª zdrapywany mechanicznie, ale równie» usu-wany chemicznie. Nie zaobserwowano jednak wpªywu sposobu ±ci¡gania lakieru na zacho-wanie ±wiatªowodu w pomiarach.

b) laser DFB detektor karta DAQ laser DFB pomiar dł. fali przesłona polaryzator płytka półfalowa kamera beam profiler wzmacniacz

akustyczny płytka półfalowa

polaryzator Rohon detektor

Rysunek 4.7: Peªny schemat ukªadu pomiarowego do badania sygnaªów w ±wiatªo-wodach wypeªnionych tlenem: a) schemat ideowy, b) zdj¦cie ukªadu, linie czerwone oznaczaj¡ bieg ±wiatªa, linia niebieska oznacza poªo»enie ±wiatªowodu.

przez zastosowanie póªfalowej pªytki fazowej i polaryzator typu Rochon. Jak to ju» opisano wcze±niej, wi¡zki opuszczaj¡ce polaryzator kierowane byªy do dwukanaªowego detektora, który mierzyª ich moc, odejmowaª od siebie sygnaªy i wzmacniaª je. Tak mierzony sygnaª traaª do wzmacniacza typu lock-in (Signal Recovery 7270). Sygnaª ze wzmacniacza przesyªano do kar-ty cyfrowej akwizycji danych DAQ obsªugiwanej przez program napisany w ±rodowisku LabView. Wbudowany generator we wzmacniaczu lock-in zo-staª wykorzystany do generacji sygnaªu moduluj¡cego, który po wzmocnieniu na wzmacniaczu akustycznym, podawany byª na solenoid wytwarzaj¡cy pole magnetyczne.

Modulacja i demodulacja odbywaªa si¦ na cz¦stotliwo±ci rezonansowej ukªadu RLC f = 1,32 kHz, co odpowiada okresowi oscylacji okoªo 750 µs. Oznacza to, »e minimalny czas caªkowania wzmacniacza fazoczuªego powi-nien by¢ ustawiony na okoªo 10-20 ms. Jednak»e dla zachowania najlepszego stosunku sygnaª-szum, empirycznie zostaªa dobrana staªa czasowa 100 ms. Zgodnie z dokumentacj¡ wzmacniacza daje to czas pomiaru okoªo 0,5-1 s na jeden punkt pomiarowyp41. Pomiary wykonywane byªy przy powolnym skanowaniu dªugo±ci fali ±wiatªa laserowego lasera (ok. 0,59 pm/s, czyli oko-ªo 30 MHz/s).