СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ИСТОЧНИК, ОПТИМИЗИРОВАННЫЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВ0-2023- УМНИК-ФОТОНИКА

СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ИСТОЧНИК, ОПТИМИЗИРОВАННЫЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

12 1 12 Шевцова А.Д. *, Ширинкин В.Д. , Степанова В.Д. , 12 1 1 Азанова И.С. ' , Шаронова Ю.О. , Кель О.Л.

1ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания»,

614007, г. Пермь, ул. 25 Октября 106 2 Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614068, г. Пермь, ул. Букирева 15 * E-mail: ShevtsovaAD@pnppk.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-331-332

Суперлюминесцентные волоконные источники (СВИ) оптического излучения используются в качестве источников опорного сигнала для волоконно-оптических гироскопов. Активное оптическое волокно (АОВ) является одним из наиболее чувствительных оптических компонентов СВИ к воздействию ионизирующего излучения [1].

Цель данной работы - разработка СВИ, оптимизированного для применений в условиях повышенного радиационного фона.

Ранее было показано, что оптическое излучение в области 1540 1570 нм испытывает достаточно сильное влияние ионизирующего излучения [2].

Стабильность оптического излучения СВИ во многом зависит от температурной стабильности отдельных компонентов, особенно активного волокна [3], а также методики компенсации. В различных конфигурациях СВИ используется достаточно ограниченный набор оптических компонентов, а одна и та же методика компенсации может быть применена к разным СВИ. Тем не менее, результат будет ограничен возможностями именно оптической схемы СВИ, то есть процессами преобразования оптического излучения.

Было проведено исследование на температурную стабильность средневзвешенной длины волны трех конфигураций СВИ (рис. 1), различающихся спектром: #А - спектр люминесценции активного волокна, средневзвешенная длина волны 1540 нм; #Б - спектр, близкий по форме к распределению Гаусса, средневзвешенная длина волны находится в области

1550 нм; #В - спектр, близкий по форме к распределению Гаусса, средневзвешенная длина волны находится в области 1530 нм. В качестве активной среды использовалось радиационно-стойкое эрбиевое активное оптическое волокно (АОВ) RR-AE-980 производства ПАО «ПНППК», с сердцевиной из легированного эрбием и церием алюмогерманосиликатного стекла [4]. Для того, чтобы определить вклад именно конфигурации СВИ, воздействию температуры подвергалось только активное волокно. Накачка на 980 нм была постоянной. Обратная связь, компенсирующая изменения излучения отсутствовала. Стабильными показали себя СВИ #Б и # В, причем для #В - смещение средневзвешенной длины волны составило 0,2 нм в температурном диапазоне от минус 50 до плюс 80 °С.

На этапе выбора оптимальной оптической схемы СВИ для применений в условиях ионизирующего излучения методика испытаний строилась так, чтобы воздействию гамма-излучения также подвергались только образцы активного волокна для исключения влияния остальных оптических компонентов и управляющей электроники. Облучение проводилось на установке ГУТ-200М на основе изотопа 60 Со с мощностью дозы 100 рад/с и установке ГАММА-Н с мощностью дозы 0,13 рад/с при комнатной температуре.

1560

1555

= 1550

5 1545 I

Ъ 1540

а

£ 1535

С

а U

1530

1525

Д> _6 = 0,7 нм

ДА а = 1.1 нь

ДА_б = CL 2 нм

-40

0 40

Температура. °С

80

Рис. 1. Температурная зависимость средневзвешенной длины волны СВИ трех конфигураций А, Б, В

ВКВО-2023 УМНИК-ФОТОНИКА

4,4

3,9 3,4 2,9 2,4 1,9 1,4 0,9 0,4 -ОД

в СВИ 5; ОДЗрад/с

в СВИВ; 0,13рад/с

-СВИВ; 100рад/с

СВИВ; 100рад/с « &

О

О 8 О

20 40 60 80

Доза, крад

Исследование показало (рис. 2), что испытание с большой мощностью дозы дает консервативную оценку

радиационной стойкости. Радиационно-наведенные потери (РНП) активного волокна в схеме СВИ #В при 100 крад составили менее 2 дБ при мощности дозы 100 рад/с и менее 1 дБ при мощности дозы 0,13 рад/с, что говорит о перспективности данной схемы СВИ для применений в условиях повышенного радиационного фона.

Наблюдается повышенное значение

РНП при малой дозе (до 50 крад) при малой мощности дозы для обеих исследуемых схем СВИ. Вероятно, это говорит об образовании

нестационарных радиационных центров окраски, которые впоследствии отжигаются.

Была проведена разработка и изготовлены опытные образцы СВИ #В. Испытания при воздействии

непрерывного гамма-излучения

продемонстрировали высокую

радиационную стойкость (рис. 3). РНП составили 1 дБ при дозе 100 крад и мощности дозы 0,1 рад/с при температуре 25 °С. Зависимость РНП Рис. 2.рнп СВИ при мощности дозы 01 рад/с изделия от температуры при

при воз()ействш1 непрерывного г^^тл^ая воздействии ионизирующего излучения

в большей степени обусловлена влиянием температуры на работу лазерного диода, что видно из температурных испытаний изделия. Это связано с тем, что в изделии нет температурной стабилизации в целях сокращения энергопотребления, однако это не препятствует выполнению требований, предъявленных к изделию.

Таким образом, разработан и изготовлен СВИ, показавший свою высокую радиационную стойкость и возможность применения в космосе.

Авторы выражают благодарность коллегам из ПАО «ПНППК» Солдатову П.Н. и Гаранину А.И. за бесценный вклад в разработку и изготовление СВИ.

Авторы выражают благодарность коллегам из ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. Е.И. Забабахина» за помощь в организации и проведении испытаний.

Авторы выражают благодарность АО «НИИП» за возможность проведения исследования на установке гамма-излучения низкой интенсивности.

Исследование поддержано Фондом содействия инновациям соглашение №18076ГУ/2022, а также ПАО «ПНППК».

Литература

1. Wang, W., Wang, X., and Xia, J., The influence of Er-doped fiber source under irradiation on fiber optic gyro, Optical Fiber Technology 18, 2012, pp. 39-43

2. Chengxiang Liu, et al Radiation-Resistant Er3+-Doped Superfluorescent Fiber Sources // Sensors 2018, 18, 2236

3. Алейник А.С. и др. Методы построения высокостабильных эрбиевых суперлюминесцентных волоконных источников оптического излучения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики - Санкт-Петербург, 2016. - Т. 16.-№ 4(104). - С. 593-607

4. 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