Главная  Развитие оптической связи 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

деления ядер. К электромагнитным относят рентгеновские И гамма-излучения.

Основные радиационные эффекты - смещение и ионизация.

Первые представляют собою сдвиг атомов данного материала из своего нормального положения в кристаллической решетке. При этом возникают дефекты в структуре решетки (вакансии, межузловые внедрения дополнительных атомов, дислокации).

Указанные дефекты могут оказаться неустойчивыми, релак-сирующими, имеющими тенденцию к восстановлению исходного состояния после прекращения действия радиации; они могут также путем объединения образовать более сложные дефекты. Особенно существенно объединение дефектов с имеющимися в материале примесями или с исходными дефектами решетки.*

При облучении вещества электронами и фотонами с энергией менее 1 мэВ возникают простейшие дефекты. Воздействие нейтронами, протонами и электронами более высоких энергий вызывает перемещения атомов на расстояния, обусловливающие микроразрушения материала, имеющие необратимый характер.*

Ионизационные эффекты проявляются в виде переходных явлений, связанных с образованием электронно-ионных пар. Возрастание числа свободных электронов и ионизированных атомов изменяет электрические характеристики материала. Так как свободные носители зарядов имеют высокую подвижность, эффекты, вызванные ионизацией, быстро исчезают после прекращения облучения. Если носители захватываются на глубокие энергетические уровни данного материала, их плотность возрастает с ростом поглощенной дозы излучения и возникает долговременный эффект такого воздействия.

Наиболее чувствительным элементом ОК к воздействию излучения является ОВ. В результате облучения изменяются первичные оптические параметры, причем в наибольшей степени-коэффициент затухания. Соответственно принято оценивать этот факт вносимым затуханием.

Степень и характер изменения во времени вносимого затухания а(?о) сложно зависят от дозы, характера и времени облучения; здесь to = t + t, где t\-время облучения (г - индекс), при стационарном облучении t = tc, а при импульсном t = t\,; t-текущее время после прекращения облучения.

Параметры, определяющие a}{to), можно разбить на две группы.

1. Параметры радиационного воздействия:

а) тип и спектр излучения;

б) стационарное t].;

в) доза;



в г) импульсное tl; д) мощность дозы;

е) окружающая температура при воздействии излучения на волокно.

2. Параметры ОВ:

а) тип волокна;

б) состав сердцевины, оболочки, легирующие добавки;

в) способ получения заготовки;

г) рабочая длина волны;

д) радиационная предыстория волокна.

Механизм появления вносимого затухания следующий. При воздействии излучения в материале волокна возникают процессы смещения, создающие описанные выше дефекты решетки. Кроме того, в исходном материале уже могут существовать такие дефекты. Под воздействием излучения на этих дефектах создаются электроны проводимости и дырки, комбинации которых с вакансиями образуют так называемые центры окраски. Так как центры окраски поглощают свет в определенной части спектра, в которой собственное поглощение материала отсутствует, то появляется дополнительное затухание, которое проявляется главным образом в трех рабочих областях волн: 0,85; 1,3; 1,4 мкм.

Кроме увеличения затухания воздействие излучения приводит к генерации света в виде люминесцентного излучения. Причиной этого является эффект Черепкова, возникающий тогда, когда комптоновские электроны распространяются со скоростью, большей скорости света в волокне. Люминесцентное излучение также может быть результатом возбуждения света в центрах окраски при распространении рабочего (лазерного) излучения по ОВ. Интенсивность такого люминесцентного излучения по сравнению с основным (рабочим) лазерным излучением невелико, однако при больших дозах излучения может нарушить работу фотоприемника на выходе ОК. Основное влияние описанного свечения сказывается на появлении помех на приеме.

Специфическое влияние типа и спектра излучения на значения наведенных потерь начинает сказываться при дозах облучения более 10-10 рад. Вносимое затухание а зависит нелинейно от значения поглощенной дозы излучения. Характер изменения a(t) во времени таков, что значение а уменьшается, стремясь к некоторому небольшому постоянному значению, которое в ряде случаев практически может быть принятым равным нулю. Таким образом, можно говорить о процессе восстановления первоначального (до облучения) затухания.

При стационарном облучении, т. е. облучении, время которого не менее десятков секунд, процесс восстановления затухания имеет место уже во время облучения.



Остаточное затухание может сохраняться в течение нескольких лет после облучения. Кинетика восстановления затухания и его конечное (стационарное) значение зависят от материала волокна, примесей и остаточных напряжений. В свою очередь, остаточные напряжения определяются скоростью и температурой вытяжки волокна, а также режимом охлаждения при вытяжке.

Вносимое затухание, а также степень его восстановления характеризуют радиационную стойкость волокна. Волокна с сердцевиной на основе чистого Si02 (с высокой степенью очистки от примесей) с полимерной оптической оболочкой являются наиболее стойкими. Введение легирующих добавок снижает радиационную стойкость. Остаточные напряжения также действуют отрицательно, это объясняется тем, что примесив деформации, связанные с остаточным напряжением, активизируют возникновение дефектных центров.

Кварцевые волокна с низким содержанием ОН более чувствительны к излучению, чем эти же волокна с высоким содержанием этой гидроксильной группы. Восстановлению затухания после облучения способствует нагрев (до 200- 300° С), & также лазерное излучение, распространяющееся по волокну.

При стационарном воздействии излучения последнее является существенным фактором, способствующим восстановлению первоначального затухания. Кажущаяся парадоксальность такой ситуации объясняется тем, что после появления центров окраски, являющихся причиной вносимого затухания, дальнейшее воздействие излучения при достаточно большой его дозе приводит к процессам «залечивания».

Это явление представляет собой «радиационный отжиг», устраняющий неоднородности, которому соответствует некоторая температура отжига. Эта температура определяется следующим образом.

Пусть волокно с наведенным затуханием, зависящим от времени a(t), подвергается плавному нагреву. При температуре отжига Те, производная da\t)ldt<Q имеет скачок. (Подробное рассмотрение механизма указанного действия излучения выходит за рамки настоящей книги.)

При нестационарном (импульсном) облучении оптические потери достигают более высоких значений, чем при стационарном. Это объясняется отсутствием режима радиационного отжига, приводящего микроструктуру материала волокна к более однородной. При этом более радиационно стойкими также являются волокна с сердцевиной из Si02 с полимерной оболочкой. Некоторые легирующие примеси (например, фосфор) уменьшают значение вносимого затухания, что обратно действию ЭТОЙ же примеси при стационарном облучении.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

0.0008