CC BY
5ВКВО-2023- УМНИК-ФОТОНИКА
РАДИАЦИОННО-НАВЕДЕННОЕ ЗАТУХАНИЕ В МНОГОМОДОВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ НА ОСНОВЕ ФТОРСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА
12 12 2 2 Поспелова Е.А. ' *, Кашайкин П.Ф. ' , Шаронова Ю.О. , Мальцев И.А. ,
Азанова И.С. 2, Томашук А.Л. 12
1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,
г. Москва
2 Пермская научно-производственная приборостроительная компания, г. Пермь * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-335-336
Многомодовые волоконные световоды с градиентным профилем показателя преломления (МВС) являются актуальным типом волоконных световодов для применений в волоконно-оптических датчиках и телекоммуникационных сетях со скоростным широкополосным доступом в интернет. Однако, в условиях воздействия ионизирующего излучения (в космическом пространстве, в ядерных установках, в военной технике) МВС может потерять прозрачность на рабочей длине волны вследствие радиационно-наведенного затухания (РНЗ), возникающего из-за его поглощения света на радиационных центрах окраски (РЦО) [1]. Известно, что образование РЦО связано как с процессом изготовления МВС (легированием, технологическими параметрами изготовления преформы и вытяжки световода) [2], так и с условиями облучения (величиной поглощенной дозы и мощности дозы, интенсивностью вводимого оптического сигнала и температурой) [3, 4].
МВС с сердцевиной, легированной германием, неприменимы в условиях воздействия ионизирующего излучения из-за образования РЦО, связанных с атомами германия [5]. Для достижения высокой радиационной стойкости необходимо исключение германия. Такие МВС изготавливают из кварцевого стекла, легированного фтором [6]. Введение высокой концентрации фтора (до 4,1 вес. % для обеспечения числовой апертуры NA=0,2 и разницы показателей преломления сердцевины и оболочки Дп=0,015) при синтезе сердцевины МВС возможно в методе плазменного химического осаждения фторсиликатного стекла внутри опорной трубки (PCVD). Мировым лидером по производству фторсиликатных МВС с использованием PCVD считается фирма «Draka» (США). МВС Super RadHard фирмы «Draka» соответствуют стандарту OM2 [7] и имеют рекордно низкое РНЗ. Из технической спецификации [8] известно, что на длине волны 1310 нм при температуре плюс 45°C, мощности дозы 1,25 Гр/с и дозе 2 МГр РНЗ в МВС Super RadHard составило 22 дБ/км.
В России технология PCVD не развита и для получения преформ МВС, легированных фтором, в ПАО «ПНППК» используется метод модифицированного химического осаждения стекла из парогазовой фазы внутри опорной трубки (MCVD). Но данный способ ограничен концентрацией фтора в кварцевом стекле, поэтому световод возможно изготовить с числовой апертурой ниже (NA ~ 0,16), чем зарубежный аналог. Уровень начальных оптических потерь МВС GIMMSC(50/125) производства ПАО «ПНППК» (до облучения) не более 1,2 дБ/км на рабочей длине волны 1300 нм, и не более 2,5 дБ/км на длине волны 850 нм. В среднем на 7 образцах ширина полосы пропускания составила не менее 600 МГцкм на длине волны 1300 нм и не менее 500 МГцкм на длине волны 850 нм. Оптические параметры МВС производства ПАО «ПНППК» и фирмы «Draka» аналогичны, кроме параметра NA. Поэтому стояла задача исследовать радиационную стойкость МВС GIMMSC(50/125) и сравнить ее с МВС Super RadHard [9].
МВС облучали до поглощенной дозы 2 кГр в НИЦ «Курчатовский институт» на установке ГУТ-200М с активным источником 60Со при мощности дозы 0,85 и 1,2 Гр/с. В процессе облучения регистрировали спектры пропускания световодов с помощью спектрометра Ocean Optics NIR-512 в диапазоне длин волн 900-1750 нм, а по результатам измерений рассчитывали РНЗ.
На рис.1 представлена зависимость РНЗ на длине волны ^=1310 нм для GIMMSC(50/125) и фирмы «Draka». Видно, что РНЗ при дозе 1000 Гр в
Рис. 1. Зависимость РНЗ от дозы на длине волны 1310 нм для МВС производства ПАО «ПНППК.» (синяя кривая - при мощности дозы 1,2 Гр/с с вводимой оптической мощностью 5 мкВт, фиолетовая кривая - при 0,85 Гр/с и 500 мкВт соответственно) и МВС фирмы «Draka» при вводимой оптической мощности 7 мкВт (черная кривая -при мощности
дозы 1 Гр/с, красная кривая - 0,5 Гр/с) [9]
•J№u 2023 спецвыпуск «фо юл-экспгесс-лаука ¿023» www.iutuneApics.iu [email protected] 335
Х=Л 310 rim Draka
Draka 1 Gy/a. 7 MW O.S Gy/9. 7 |JW
ПАО "ПНППК" 1,5 Gy/я. & hW
f jr ПАО "ПНППК" -
1 0,BS Gyfa. SCO |JW -
D 250 500 750 ЮОО 1250 1500 1750 2000 Доза, Гр
ВКВО-2023 УМНИК-ФОТОНИКА
GIMMSC(50/125) составило 3,9 дБ/км, а в зарубежном - 4,8 дБ/км, что на 23 % больше, чем в GIMMSC(50/125). Следовательно, МВС GIMMSC(50/125) обладает несколько большей радиационной стойкостью. Меньшее РНЗ в световодах позволяет скомпенсировать меньшую интенсивность света из-за меньшей апертуры. Видно также, что для GIMMSC(50/125) имеет место эффект фотообесцвечивания РНЗ: при вводимой оптической мощности ~500 мкВт РНЗ на 20 % ниже, чем при 5 мкВт. Эффект фотообесцвечивания РНЗ в МВС производства ПАО «ПНППК» можно использовать при их практическом применении.
Для МВС производства ПАО «ПНППК» и фирмы «Draka» проведен анализ спектров РНЗ при дозе 1 кГр в диапазоне длин волн 950-1700 нм, который позволил выявить полосу поглощения, ответственную за более высокое РНЗ в МВС фирмы «Draka», чем производства ПАО «ПНППК» [10].
Таким образом, МВС, изготавливаемые в ПАО «ПНППК» на основе фторсиликатного стекла, по радиационной стойкости несколько лучше, чем МВС Super RadHard фирмы «Draka».
Исследование поддержано Фондом содействия инновациям соглашения №18060ГУ/2022, а также ПАО «ПНППК».
Литература
1. Girard S. et al., Reviews in Physics, 4, 100032 (2019)
2. Tomashuk A.L. et al., Journal of Lightwave Technology, 32(2), 213-219 (2014)
3. Griscom D.L., et al., IEEE Trans. Nucl. Sci, 41(3), 523 (1994)
4. Billat A., et al., in Proc. 17th Eur. Conf. Radiat. Effects Compon. Syst. (RADECS), (Geneva, Switzerland, (2017), 53-55
5. Neustruev V.B., Journal of Physics: Condensed Matter., 6 (35), 6901 (1994)
6. Aikawa K. et al., U.S. Patent 7440673 (2008)
7. Стандарт ISO/IEC 11801
8. Спецификация на Super RadHard 50/125ßm GI-Multimode fiber [Электронный ресурс] http://staticres.prysmiangroup.com/ds/en/business_markets/markets/fibre/downloads/datasheets/Data-sheet-PG-style_Super-RadHard-50um-GI-MMF_2012-05.pdf (дата обращения 20.06.2023)
9. Blanc J. et al., IEEE Trans. Nucl. Sci, 6S (7), 1407 (2021)
10. Поспелова E.A. и др., ПЖТФ 49 (9), 43 (2023)
336
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
