ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННО-СТОЙКОГО ЭРБИЕВОГО АКТИВНОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕПРЕРЫВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-309-310

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННО-СТОЙКОГО ЭРБИЕВОГО АКТИВНОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕПРЕРЫВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

12* 12 1 1 Азанова И.С. ' , Шевцова А.Д. ' , Вахрушев А.С. , Нурмухаметов Д.И. ,

Шаронова Ю.О. , Петухов И.В.1'2, Волынцев А.Б.2

'ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания»,

614990, г. Пермь, ул. 25 Октября 106 2Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614068, г. Пермь, ул. Букирева 15 E-mail: [email protected]

Суперлюминесцентные волоконные источники оптического излучения (СВИОИ) используются в качестве опорного сигнала для волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) навигационного класса точности [1]. На точность ВОГ влияет стабильность масштабного коэффициента [2], в формулу которого напрямую входит средневзвешенная длина волны выходного сигнала СВИОИ. Активное оптическое волокно (АОВ) является одним из наиболее чувствительных компонентов СВИОИ к воздействию ионизирующего излучения (ИИ) [3].

Цель данной работы - оценка воздействия температуры окружающей среды и мощности дозы на уровень выходной оптической мощности и средневзвешенной длины волны СВИОИ при воздействии непрерывного гамма-излучения, а также анализ влияния уровня оптической мощности накачки АОВ на длине волны поглощения и температуры окружающей среды на восстановление работоспособности СВИОИ после воздействия непрерывного гамма-излучения.

Исследование проводилось на однопроходном СВИОИ с встречной накачкой (Рис. 1), поскольку эта схема оказывает минимальное влияние на характеристики волокна. В качестве активной среды СВИОИ были использованы идентичные образцы АОВ с сердцевиной из легированного эрбием и церием алюмогерманосиликатного стекла. Облучение проводилось на установке ГУТ200М на основе изотопа 60Со. Воздействию ИИ и Рис. 1. Принципиальная схема температуры подвергались только образцы АОВ, чтобы СВИОИ исключить влияние управляющей электроники.

Была получена зависимость радиационно-наведенных оптических потерь (РНП) АОВ на длине волны 1550 нм от температуры, при которой происходит воздействие ИИ (Рис. 2). Известно об отрицательном влиянии пониженной температуры на РНП [4] в случае пассивных волокон. В данной работе РНП при пониженной температуре меньше РНП при повышенной. Разница значений РНП составила 0,06 дБ/м для дозы в 1100 Гр. Это означает, что пониженная температура окружающей среды положительно влияет на работоспособность СВИОИ с исследуемым АОВ при непрерывном воздействии ИИ. Схожий результат был получен при исследовании данного АОВ при воздействии импульсного ИИ [5].

Разница между значениями средневзвешенной длины волны СВИОИ до воздействия ИИ и после окончания воздействия ИИ при температуре 45 °С составила 2,4 нм, при температуре -60 °С - 2,2 нм (Рис. 3). Это также указывает на благоприятное воздействие пониженной температуры на РНП исследуемого АОВ. Изменение средневзвешенной длины волны может быть снижено применением более подходящей схемы СВИОИ.

Исследование уровня РНП от мощности дозы при фиксированной температуре окружающей среды показало нелинейную зависимость.

Было проведено сравнение поведений СВИОИ, АОВ одного из которых облучалось в активном режиме, то есть с вводимой мощностью накачки на длине волны поглощения, а другое - в пассивном режиме, то есть без накачки. Зафиксированная разница в РНП на длине волны 1,55 мкм при дозе 1100 Гр составила 0,05 дБ/м для двух режимов облучения и показывает зависимость РНП от фотообесцвечивания на длине волны 0,98 мкм. Значения РНП в обоих случаях говорят о сопоставимости исследуемого АОВ с зарубежными аналогами по стойкости к воздействию ИИ [6].

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»

[email protected] 309

Время (мин)

Время (мин)

g

fl- 0,10-

- 0,85 Гр/с, -60°С 0.85 Гр/с, -145Х

0 250 500 750 1000

Доза <Гр)

Рис. 2. Зависимость РНП от полученной дозы гамма-излучения для температур -60°С и 45°С

Д<™ <Гр)

Рис. 3. Зависимость средневзвешенной длины волны от полученной дозы гамма-излучения для температур -60°С и 45°С

Проведено исследование восстановления генерационных способностей АОВ после гамма-облучения в пассивном режиме от температуры окружающей среды и мощности оптической накачки. С увеличением мощности, вводимой в АОВ, уменьшается время восстановления АОВ и зависит начальный уровень выходной мощности, с которого начинается восстановление. Известно, что повышенная температура окружающей среды отрицательно сказывается на генерационных способностях АОВ, однако для пассивных оптических волокон отжиг при повышенной температуре положительно сказывается на скорости релаксации РНП. Для исследуемых образцов АОВ получилось, что релаксация при повышенной температуре затруднена и ее результаты значительно уступают релаксации при комнатной температуре, такой же результат был получен для легированных висмутом активных волокон [7].

Кривую восстановления АОВ удалось разложить на подпроцессы. Было показало, что релаксация радиационных центров окраски происходит в две стадии. Для начальной стадии, во время которой идет быстрое восстановление, получился второй порядок реакции, т.е. при высокой концентрации центров окраски высока вероятность рекомбинации электронов и дырок за счет диффузии или перегруппировки, а для второй стадии - первый порядок - при снижении концентрации дефекты достаточно удалены друг от друга, поэтому распад центра окраски, вероятно, не связан с процессами рекомбинации. Рассчитанная энергия активации распада центров окраски для дозы 1100 Гр получилась 0,7 эВ.

Таким образом, исследование восстановления генерационных способностей АОВ после воздействия гамма-излучения в пассивном режиме показало, что повышение оптической мощности накачки значительно ускоряет процессы релаксации центров окраски, а повышение температуры препятствует восстановлению АОВ. Кроме того, исследование непрерывного воздействия гамма-излучения на АОВ в режиме генерации показало, что для данного АОВ характерно позитивное влияние пониженной температуры окружающей среды на РНП и стабильность средневзвешенной длины волны.

Литература

1. Алейник А.С. и др., Методы построения высокостабильных эрбиевых суперлюминесцентых волоконных источников оптического излучения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 16 (4), 593-607, (2016)

2. Wysocki P.F. et al, Characteristics of erbium-doped superfluorescentfber sources for interferometric sensor applications. J. Lightw. Technol. 1994, 12, 550-567

3. Д.А.Егоров, А.В.Рупасов, А.А.Унтилов Проблемы обеспечения радиационной стойкости волоконно-оптических гироскопов и пути ее повышения (обзор) //Гироскопия и навигация (2018)

4. Pavel F.Kashaykin et al, Anomalies and peculiarities of radiation-induced light absorption in pure silica optical fibers at different temperatures // Journal of Applied Physics 121, 213104 (2017)

5. А.А.Поносова и др., Эрбиевые световоды с повышенной стойкостью к ионизирующему излучению для суперлюминесцентных волоконных источников //Квантовая электроника, 49, № 7 (2019), с. 693-697

6. Спецификация оптического волокна Rad Hard Active Fibers http://www.photonics.ixblue.com/ компании iXBlue

7. S. V.Firstov et al, Radiation-induced absorption in bismuth-doped germanosilicate fibres // Quantum Electronics 47 (12), 1120-1124 (2017)

310.

.№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]