АНИЗОТРОПИЯ РНП В РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ТИПА «ПАНДА» Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-24-25

АНИЗОТРОПИЯ РНП В РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ТИПА «ПАНДА»

12* 1 2 2 2 Поспелова Е.А. ' , Кашайкин П.Ф. , Шаронова Ю.О. , Вохмянина О.Л. , Азанова И.С. ,

Томашук А.Л.1

'Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,

г. Москва

2Пермская научно-производственная приборостроительная компания, г. Пермь

E-mail: [email protected]

Обеспечение работоспособности волоконных световодов в условиях воздействия ионизирующего излучения является важной задачей для ряда специальных применений в космосе, атомной энергетике, в военных применениях. В частности, анизотропные световоды, сохраняющие поляризацию, которые используются в волоконно-оптических гироскопах (ВОГ), должны обладать стойкостью к ионизирующему излучению. Одним из наиболее распространённых типов анизотропных световодов, которые используются в ВОГ являются световоды типа «ПАНДА». В стандартных «ПАНДА» сердцевина световода легирована германием, однако такого типа световоды не обладают высокой стойкости к радиации из-за поглощения радиационных центров окраски (РЦО), связанных с германием. Недавно [1,2] в ПАО ПНППК совместно с НЦВО РАН были разработаны радиационно-стойкие световоды типа ПАНДА с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла с фторосиликатной светоотражающей оболочкой. Известно [3, 4], что РЦО, возникающие в световодах с нелегированной сердцевиной, являются чувствительными к напряжениям, вмороженным в сетку стекла или возникающим вследствие разницы физико-химических свойств сердцевины и оболочки, а в световодах типа ПАНДА еще присутствуют дополнительные напряжения, индуцированные боросиликатными стержнями, которые вводятся для создания двулучепреломления. Таким образом, возникает вопрос, приводят ли эти напряжения ещё и к анизотропии РНП, иными словами, существует ли разница в РНП в ортогональных осях. Этот вопрос, кроме фундаментального характера, имеет большой интерес и с прикладной точки зрения, поскольку выявление анизотропии позволит выбирать ортогональную ось с наименьшим значение РНП, т.е. повысить радиационную стойкость. Таким образом, целью данной работы являлось исследование анизотропии РНП в волоконных световодах типа ПАНДА. Применение световодов в ВОГ в космических условиях подразумевает работу в широком температурном диапазоне, поэтому исследование проводилось в температурном интервале от минус 196 до 25 °С.

Заготовки световодов были изготовлены в ПАО «ПНППК» методом MCVD. Затем, в заготовке просверливались отверстия, и вставлялись в них боросиликатные напрягающие стрежни. После консолидации заготовки из неё вытягивались световоды с внешним диаметром 80 мкм (рис. 1).

Облучение световодов проводилось в НИЦ «Курчатовский институт» на установке ГУТ-200М с активным источником 60Со при мощности дозы 0,85 Гр/с. Свет от галогеновой лампы, прошедший через поляризатор, вводился в одну из ортогональных осей световода (рис. 1). В процессе облучения происходила регистрация спектров РНП с помощью спектрометров Avantes AvaSpec-3648 в диапазоне 200-1100 нм и Ocean Optics NIR-512 в диапазоне 900-1750 нм. Световоды облучались до поглощенной дозы 1 кГр при различных температурах от азотной до комнатной.

I

медленная ось

Рис. 1. Изображение торца ПАНДА с осями поляризации: 1 - защитное покрытие; 2 - сердцевина из нелегированного кварцевого стекла;

3 - фторсиликатная оболочка;

4 - боросиликатные стрежни

500 Гр

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Время, мин

700 750 S00 850 900 950 1000 Длина волны, нм

a)

b)

Рис. 2. (а) Зависимость РНП в процессе (0-20 мин) и после (20-30 мин) облучения на длине волны 1=800 нм; (b) Спектры РНП в процессе облучения при поглощенной дозе 500 Гр в диапазоне 700-1050 нм при различных температурах. Сплошные линии соответствуют РНП ппи запуске линейно-поляризованного света в медленную ось. штриховые - в быструю ось

На Рис. 2 а представлена зависимость РНП на длине волны X=800 нм в процессе (0-20 мин) и после (20-30 мин) облучения в двух ортогональных осях (сплошные линии - РНП при запуске линейно-поляризованного света в медленную ось, штриховые - в быструю ось). Во-первых, можно заметить, что РНП при комнатной температуре выше, чем при температуре минус 60 °С, что сильно отличается от поведения РНП в стандартных германосиликатных ПАНДА, в которых РНП монотонно растет с уменьшением температуры [5]. Данная особенность, вероятно, обусловлено аномальной температурной зависимостью РНП в световодах с нелегированной сердцевиной из кварцевого стекла в видимом диапазоне [3].

Во-вторых, из зависимостей РНП от времени (рис. 2) видно, что как при комнатной, так и при азотной температурах РНП в ортогональных осях совпадают между собой. Однако, при температуре минус 60 °С РНП в медленной оси больше, чем РНП в быстрой оси примерно на 20-25 %. Из спектров РНП (рис. 2 b) видно, что эта разница обусловлена коротковолновым поглощением растет с уменьшением длины волны, т.е. за это явление ответственны РЦО, расположенные в коротковолновой области X < 700 нм.

Таким образом в данной работе была впервые выявлена анизотропия РНП в волоконных световодах с нелегированной сердцевиной типа ПАНДА и установлена её немонотонная зависимость от температуры в интервале от минус 196 до 25 °С. При температуре минус 60 °С разницы в РНП в двух ортогональных осях соответствует 20-25 %.

Литература

1. Kashaykin P.F. et al., Journal of Non-Crystalline Solids, 508, 26-32 (2019)

2. Tomashuk A.L. et al., IEEE Photonics Technology Letters, 31. 1413-1416 (2019)

3. Kashaykin P.F. et al., Journal of Applied Physics, 121,213104 (2017)

4. Kashaykin P.F. et al., Journal of Lightwave Technology. 33, 1788-1793 (2015)

5. Кашайкин П.Ф. и др., Журнал технической физики., 89, 752-758 (2019)