CC BY
20ВКВО-2019- Стендовые
РАДИАЦИОННО НАВЕДЕННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В СВЕТОВОДАХ С СЕРДЦЕВИНОЙ ИЗ НЕЛЕГИРОВАННОГО КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА В БЛИЖНЕМ ИК-ДИАПАЗОНЕ: ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ВЫТЯЖКИ
Кашайкин П.Ф.1, Томашук А.Л.1, Салганский М.Ю.2, Вечканов Н.Н.2, Гурьянов А.Н.2,
Косолапов А.Ф. 1, Семёнов С.Л.1
1 Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва 2 Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, Нижний Новгород
* E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16189
Применение волоконных световодов в условиях повышенного уровня радиации приводит к возникновению в них радиационных дефектов (радиационных центров окраски, РЦО), поглощающих световой сигнал, который распространяется по световоду. Это явление известно, как радиационно наведенное поглощение (РНП) света. Для многих применений эффект РНП должен быть минимизирован, т.е. ВС должны быть радиационно-стойкими. Известно, что световоды с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной светоотражающей оболочкой являются одними из наиболее радиационно-стойких в ближнем ИК-диапазоне. Основными РЦО, ограничивающими радиационную стойкость в них, являются самозахваченные дырки (STH-self-trapped holes) [1]. Предшественниками STH могут являться различного рода напряжения и деформации сетки стекла световода, которые вмораживаются в процессе его вытяжки из преформы из-за разности физико-химических свойств (КТР, температура стеклования, вязкость) сердцевины и оболочки, а также из-за закалочных условий (происходит быстрое охлаждение ВС от температуры T~2000 °С до комнатной) при вытяжке. Стоит отметить, что в литературе приведены достаточно противоречивые данные о зависимости РНП световодов от параметров вытяжки [2-4]. В работе [2] было показано, что основным параметром, влияющим на РНП является натяжение при вытяжке. Однако, в работах [3,4] не было установлено однозначной корреляции между условиями вытяжки и радиационной стойкостью световодов.
В предыдущих исследованиях [5,6] путем оптимизации расходов реагентов в парогазовой смеси при синтезе сердцевины в MCVD-процессе нам удалось добиться значительного снижения РНП в световодах с нелегированной сердцевиной из кварцевого стекла. Следующим шагом увеличения радиационной стойкости была оптимизация условий при вытяжке световода.
Название Преформы Номер режима Температура, °С Натяжение, г Скорость, м/мин
F1 M1 1880 38 35
M2 1900 26 33
M3 1920 21 33
F2 M1 1840 43 36
M2 1860 38 38
M3 1890 28 38
F3 M1 1815 30 13
M2 50 26
M3 70 42
F4 M1 1805 19 10
M2 27 14
M3 50 30
F5 M1 1780 85 35
M2 1800 30 20
F6 M1 1790 60 40
F7 M1 1790 51 37
362
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
ВКВ0-2019 Стендовые
F8 M1 1700 100 12
Таким образом, в данной работе исследовалась зависимость РНП световодов с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла от условий при вытяжке: температуры, натяжения, скорости с целью максимального снижения РНП.
Для этого были изготовлены восемь аналогичных преформ с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторированной оболочкой с Дп~0.01. Из преформ были вытянуты световоды с внешним диаметром 125 мкм при различных режимах вытяжки. Варьировались температура, скорость и натяжение (табл. 1). Для обозначения световода, вытянутого в определенном режиме, далее по тексту используется обозначение «FyMx», где y- номер преформы, x-номер режима при вытяжке.
Все ВС были облучены в «НИЦ Курчатовский институт» на установке ГУТ-200М с активным источником 60Со со средней энергией гамма квантов 1,2 МэВ. В процессе (180 мин.) и после (30 мин.) у-облучения происходила регистрация спектров РНП в спектральном диапазоне 900-1700 нм при помощи спектрометра на линейке диодов InGaAs NIR512 фирмы Ocean Optics. Максимальная поглощенная доза (SiO2) составила 82 кГр при мощности дозы 7.6 Гр/с. Облучение проводилось при комнатной температуре.
1950 1900 1855 1810 1770 1725 °С
LÛ
ч:
ю ю
с
X CL
■ i -ч ■ i 1 ■ 1 ■ i ■
M3 \
\ F2
M2*
- M1 », F1
M3
M2
M1 \
F4É F3 \i2 F5 F8
►
F7" ★ M1 F6~ ' .^Оптимальная
температура вытяжки
0,45
0,46
0,47
0,48
0,49
0,50
0,51
1000/T, K
Рис. 1. Зависимость РНП при поглощенной дозе 2.5 кГр (мощность дозы 7.6 Гр/с) на длине волны 1550 нм
от обратной температуры печи при вытяжке ВС
На рис. 1 представлена зависимость РНП при поглощенной дозе 2.5 кГр на длине волны ^=1550 нм от обратной температуры. Видно, зависимость РНП близка к экспоненциальной (рис. 1) в температурном интервале 1780-1880 °С, отклонение от которой можно связать с различными натяжением и скоростью, которые также влияют на РНП, однако в гораздо меньшей степени. При увеличении натяжения и скорости при фиксированной температуре (световоды F4Mx и F5Mx) происходит увеличение РНП всего на 15-20 %, а уменьшение температуры вытяжки с 1890 до 1780 °С приводит к снижению РНП более чем на порядок величины. Дальнейшее понижение температуры до T=1700 °С вызывает рост РНП, что, по-видимому, связано уже с большим натяжением - 100 г (табл.1).
Отметим зависимость РНП от температуры при вытяжке для световода F1Mx, которая располагается ниже, чем для ВС F2Mx несмотря на то, что температура вытяжки для F1M1 и F1M2 больше, чем для F2M3 (рис. 1). Очевидно, что это связано с большим содержанием ОН-групп в ВС F1Mx (3-4 ppm), что, как известно, способствует подавлению поглощения от STH.
Литература
1. D. L. Griscom, J. Non. Cryst. Solids 149, 137 (1992)
2. Aikawa K. et al., US Patent 7440673 B2, 21.10.2008
3. Girard S. et al., J. Non. Cryst. Solids 352, 2637 (2006)
4. Alessi A. et al., Journal of Lightwave Technology, 30,1726-1732, (2012)
5. Tomashuk A.L. et al., Journal of Lightwave Technology, 32, 213-219, (2014)
6. Kashaykin P.F. et al., Journal of Lightwave Technology, 33, 1788-1793 (2015)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
363
100
