Neden optik fiberin hidrojeni emmesi gerekiyor? Lazerlere daha hassas hale getirmek için mi?
Evet, anlayışınız son derece doğru! Fiberin “hidrojen emmesi” – akademik ve mühendislikte „Hydrogen Loading“ olarak bilinen – temel amacı, lazerlere (özellikle belirli dalga boylarındaki UV lazerlere) karşı lif çekirdeğinin „foto duyarlılığını“ (Photosensitivity) önemli ölçüde artırarak, yüksek verimlilik ve kalitede Fiber Bragg Grating (FBG) yazmaktır.
„Hydrogen Loading“ arkasındaki fiziksel ve kimyasal mekanizmayı ve Fiber Bragg Grating üretimindeki kilit rolünü aşağıda ayrıntılı olarak açıklıyoruz.
Bir: Neden Normal Liflere Doğrudan Grating Yazmak Zordur?
Normal tek modlu lifler (örneğin standart \text{G.652D} lifler) çekirdekleri genellikle germanyum dioksit ( \text{GeO}_2 ) ile katkılanmıştır. Germanyum dioksit, ultraviyole lazer (örneğin 244\ \text{nm} veya 193\ \text{nm} ) ışınlarına maruz kaldığında, kırılma indisinde küçük, kalıcı bir değişiklik meydana gelir. Bu fiziksel olguya foto duyarlılık denir.
Ancak, doğal durumda standart liflerin bu foto duyarlılığı çok zayıftır. Işık kaynaklı kırılma indisi modülasyonu miktarı ( \Delta n ) genellikle yalnızca 10^{-5} seviyesindedir. Bu kadar zayıf bir kırılma indisi değişikliği, yüksek yansıtma oranına (örneğin "> 70\%" veya hatta "> 99\%" ) veya kısa ızgara bölgeli kaliteli Fiber Bragg Gratinglerin lif içine yazılmasını zorlaştırır.
İki: Hydrogen Loading Foto Duyarlılığı Nasıl Artırır?
Lifleri UV lazerlere daha duyarlı hale getirmek için „Hydrogen Loading“ işlemi uygulanır. Temel süreç aşağıdaki gibidir:
-
Yüksek Basınç Difüzyonu:
Kısmen kaplaması soyulmuş (veya özel kaplama kullanılmış) lif, yüksek basınçlı hidrojen ( \text{H}_2 , genellikle 10\ \text{MPa} ila 20\ \text{MPa} veya daha yüksek basınç) ve belirli bir sıcaklık (örneğin 50^\circ\text{C} ila 80^\circ\text{C} ) ile dolu bir kapta, birkaç gün ila birkaç hafta boyunca tutulur. Bu süreçte, hidrojen molekülleri yavaşça difüze olur ve silika fiber çekirdeğine doymuş bir şekilde çözünür. -
Fotokimyasal Reaksiyon:
Bu „hidrojenle doymuş“ lif, UV lazer (örneğin maske aracılığıyla) ışığına maruz kaldığında, çekirdekte çözünmüş \text{H}_2 molekülleri, germanyum oksit bağları ( \text{Ge-O} ) ile birlikte foton uyarımı altında güçlü bir fotokimyasal reaksiyona girer. Reaksiyon, kararlı hidroksil grupları ( \text{Si-OH} ve \text{Ge-OH} ) ve güçlü absorpsiyon özelliklerine sahip germanyum kusur merkezleri üretir. -
Kırılma İndisinde Büyük Artış:
Fotokimyasal reaksiyonla oluşan bu kusur merkezleri ve kimyasal bağlardaki değişiklikler, ışık alan bölgedeki kalıcı kırılma indisi değişikliği miktarını ( \Delta n ) 10^{-3} veya hatta 10^{-2} seviyelerine çıkarır, bu da hidrojen yüklemesi yapılmamış liflere göre 2 büyüklük mertebesi daha fazladır. Bu, yüksek yansıtma oranlı, dar bant genişlikli kaliteli gratinglerin kolayca yazılmasını sağlar.
Üç: Hidrojen Yüklemesi Sonrası Son İşlem: Tavlama (Hidrojen Giderme)
Hidrojen yüklemesi foto duyarlılığı büyük ölçüde artırsa da, bir yan etkisi vardır: reaksiyona girmemiş serbest \text{H}_2 molekülleri oda sıcaklığında yavaşça liften kaçar, bu da yazılmış gratingin dalga boyunda yavaş bir kaymaya neden olur; ayrıca, hidrojen molekülleri kendileri de 1.24\ \mu\text{m} ve 1.7\ \mu\text{m} civarında absorpsiyon kayıpları yaratır.
Bu nedenle, grating yazıldıktan sonra, lifi yüksek sıcaklıktaki bir fırına koyarak Tavlama (Annealing) işlemi yapılmalıdır. Yüksek sıcaklıkta ısıtma yoluyla, reaksiyona girmemiş serbest hidrojen gazı tamamen giderilir ve aynı zamanda gratingin mikroyapısı stabilize edilerek, gratingin uzun süreli kullanımda dalga boyu kararlılığı sağlanır.
Dört: Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) İlgili Ürünler ve Süreçler
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), standart ve yüksek sıcaklığa dayanıklı çıplak Fiber Bragg Grating ve grating dizileri üretirken, son derece titiz hidrojen yüklemesi, hassas UV yazma, yüksek sıcaklıkta tavlama (hidrojen giderme) ve profesyonel yeniden kaplama süreçlerini kullanarak, foto-duyarlı sensör ünitelerinin yüksek mekanik mukavemetini ve uzun vadeli dalga boyu kararlılığını garanti eder.
Bu yüksek kaliteli hidrojen yüklemeli yazım sürecine dayanan temel Çıplak FBG ürünleri şunlardır:
1. OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
Bu ürün, standart \text{G.652D} veya \text{G.657} tek modlu lif üzerine kuruludur. Yazım öncesinde lif, titiz hidrojen yüklemesi ve kaplama soyma işleminden geçer. Yazım tamamlanıp tavlama yapıldıktan sonra, akrilat ( \text{Polyacrylate} ) kullanılarak yüksek hassasiyetli yeniden kaplama yapılır.
- Çalışma Sıcaklığı Aralığı： -40^\circ\text{C} ila 100^\circ\text{C}
- Maksimum Gerinim Aralığı： \le 10000\ \mu\varepsilon
2. OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
Bu ürün, orta ve yüksek sıcaklıklar ve geniş sıcaklık aralıkları için tasarlanmıştır. Standart \text{OFSCN}^\circledR tek modlu poliimid lif kullanılır; yazım öncesinde yüksek basınçlı hidrojen yüklemesi yapılır, yazım sonrası yüksek sıcaklığa dayanıklı poliimid ( \text{Polyimide} ) malzeme ile yeniden kaplanır ve zararlı ortam sıcaklığı değişimlerine karşı etkili bir şekilde direnç gösterir.
- Çalışma Sıcaklığı Aralığı： -200^\circ\text{C} ila 300^\circ\text{C}
- Maksimum Gerinim Aralığı： \le 10000\ \mu\varepsilon
