Исследователи Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) и Института теплофизики экстремальных состояний Объединённого института высоких температур РАН (ИТЭС ОИВТ РАН) изучили природу опасного явления разрушения волоконных световодов и создали устройство для защиты волоконных линий связи.
Разрушение волоконного световода происходит под действием оптического излучения, если его интенсивность превышает некое пороговое значение (более 1 МВт.см -2) вследствие возникновения оптического разряда. Впервые это явление было описано в 1987 году. Оптический разряд в волоконном световоде возникает, если в него ввести лазерное излучение достаточно высокой интенсивности и некоторый отрезок этого световода нагреть каким-либо образом до температуры примерно 1000 К. В области нагрева появляется белое или голубоватое свечение, и светящаяся область начинает двигаться к источнику лазерного излучения со скоростью порядка 1 м/с. Температура свечения в первом описанном эксперименте была оценена в 5400 К, но может быть и существенно выше, а давление составляет более 104 атм. В сердцевине световода после пробегания «звёздочки» свечения чаще всего образуются полости (или пузыри) размером несколько микрометров (10-6 м), которые могут сливаться в один длинный капилляр. При этом волноводные свойства световода полностью нарушаются. Таким образом, если не принимать никаких мер, будет разрушен весь участок световода от точки инициирования разряда до лазера, то есть и метры и километры волоконной линии связи.
Физики ИОФ РАН и ИТЭС ОИВТ РАН определили, при каких мощностях лазерного излучения это явление не опасно для волоконных систем. Они обнаружили, что в широком диапазоне лазерного излучения спектр плазмы оптического разряда близок к спектру излучения абсолютно чёрного тела. Температура разряда может достигать 10 000 К при интенсивности лазерного излучения около 3 Вт/см2. Основным физическим механизмом распространения оптического разряда является механизм теплопроводности.
Российские исследователи впервые наблюдали принципиально новый режим распространения оптического разряда в волоконных световодах, который реализуется при повышенных интенсивностях лазерного излучения — порядка 30 Вт/мкм2. Этот режим отличался на два порядка большей скоростью распространения — 3 км/с. По мнению авторов, он близок к детонационному.
На основе полученных данных учёные создали устройство для защиты волоконных линий связи от распространяющегося оптического разряда. Оно представляет собой отрезок волоконного световода, при распространении по которому оптический разряд испытывает увеличенные потери энергии, вследствие чего останавливается. На этом «защитном» отрезке световода толщина его оболочки меньше, чем в остальной части. Таким образом, оболочка световода в «ослабленном» отрезке разрушается под действием развивающихся в его сердцевине давлении и температуры, и процесс распространения оптического разряда останавливается.
