VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Из практики эксплуатации оптических волокон известен эффект периодического точечного разрушения протяженного участка световода при попадании в кабель молнии. Как показано в [1] преобладающим механизмом возникновения повреждений в волокне является тепловой механизм. При нагреве выше 1050^○С резко (на несколько порядков) возрастает показатель поглощения. Однако, данный механизм не объясняет периодического характера разрушения волокна. Оно может возникнуть из-за того, что из-за нагрева изменяется показатель преломления волокна и в сердцевине возникает тепловая линза. Интенсивность излучения резко возрастает. Совместное увеличение показателя поглощения и интенсивности света вызывает значительный рост выделяемого тепла, что может привести к разрушению волокна. 

Распространение тепловой волны. Считаем, что в начальный момент времени t=0 по периметру оболочки волокна радиусом b внешним источником выделяется энергия с интенсивностью теплового импульса на единицу длины Q. Изменение температуры в среде подчиняется дифференциальному уравнению, получающемуся из уравнения теплового баланса. В сферических координатах оно имеет вид:

(1)

где ΔT – рост температуры среды, r – радиальная координата, D – коэффициент температуропроводности, D = k/(cρ), k – коэффициент теплопроводности, c – удельная теплоемкость, ρ - плотность вещества.

Для вышеописанного случая решение (1) имеет вид [2]:

(2)

где I₀ – модифицированная функция Бесселя. Рост температуры приводит к изменению показателя преломления среды - ∆n=(∂n/∂T) ∆Т. В обычных волокнах, в частности в кварце, показатель преломления n уменьшается, т.е. ∂n/∂T